36

Коэффициент Пуассона ( ) определяется экспериментально или дается в справочниках для рассматриваемого материала.

Определение коэффициента Пуассона

Коэффициент поперечной деформации

(рис.2.4).

- характеризует упругие свойства материалов

=0…0,5 (см. табл.)

=0,25…0,35 (для стали)

На рис.2.5 даны схемы определения твердости материалов. Твердость материала связана количественно с пределом прочности материала и служит в качестве экспресс-метода экспериментальной оценки прочности материалов.

Рис.2.5.

а) Определение твердости материала по Бринелю НВ 0,35 в б) Определение твердости по Роквеллу.

140

7.2.4. Принцип расчета на прочность, жесткость Напряжения, при которых возникает тот или иной вид разрушения (хрупкое или

Отношение предельного к максимально допустимому рабочему напряжению должно быть больше 1 и называется коэффициентом запаса – (n)

т

=пред

Коэффициент запаса n учитывает следующие основные факторы.

1.Погрешности в создании рабочей модели.

2.Возможные превышения, нагрузки в процессе эксплуатации.

3.Степень ответственности изделия.

4.Несовершенства в определении свойств материала.

5.Вероятность возможных экстремальных ситуаций (землетрясение,

случайный удар и т.п.).

Величина коэффициента запаса n устанавливается, исходя из главных условий: надежности и экономичности для каждого вида изделия или элемента конструкции. Зная величину коэффициента запаса, определяют допускаемые напряжения для деформаций растяжения-сжатия и изгиба, и для сдвига и кручения. При увеличении n увеличивается материалоемкость и вес ЭК.

Поэтому величина n должна быть оптимальной, обеспечивая требуемую надежность, экономичность и материалоемкость конструкции. При сложном сопротивлении (например, изгиб с кручением) в сечении одновременно действуют нормальные и касательные напряжения. В этих случаях определяют эквивалентные

действующее в опасном сечении, не должно превышать допустимое напряжение . Для пластичных материалов

Допустимые напряжения определяются либо по экспериментальным данным, либо берутся из справочников.

141

Тесты к разделу «Сопротивление материалов»

1. Условие прочности при растяжении – сжатии: N= ∑Fi

Вопросы к разделу «Сопротивление материалов»

1.Назовите характеристики пластичности материала.

2.Для чего определяют твердость материалов?

3.Какие материалы называются пластичными, а также хрупкими?

4.Какие напряжения называют предельными?

5.Что такое коэффициент запаса?

6.Предельно допустимые напряжения. Как они применяются для растяжения и сжатия?

7.Как находят опасные сечения?

144

Раздел 7.3. Детали машин

7.3.1. Основные понятия

Деталью называется изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций. Машиной называют устройство, преобразующее за счет механического движения вид энергии, материал или информацию. Проектирование машины – сложная задача, включающую в себя выбор материалов, разработку конструкций деталей, технологию их изготовления, обеспечивающих работоспособность машины в целом. Работоспособность – способность машины или детали выполнять заданные функции в течение заданного срока.

Основными критериями работоспособности детали являются:

-прочность, т.е. способность детали сопротивляться действующим нагрузкам без разрушения или пластического деформирования;

-жесткость, т.е. способность сопротивляться изменению формы и размеров под действием приложенных силовых факторов;

-износостойкость, т.е. способность сохранять форму и размеры поверхностей трения в течение срока эксплуатации.

На работоспособность также влияют теплостойкость, виброустойчивость, эрозионная и коррозионная стойкость и т. д.

Работоспособность детали тесно связана с понятием надежности, т.е. способностью выполнять свои функции в течение заданной наработки при сохранении эксплуатационных характеристик в необходимых пределах.

Различают следующие типы расчетов деталей машин на прочность:

проектный, проверочный и расчет допустимой нагрузки. Их содержание аналогично как в сопротивлении материалов.

Нагрузки, действующие на детали современных машин, можно разделить на три большие группы.

1.Ударные (динамические) нагрузки характеризуются очень кратким во времени действием, но могут быть весьма значительными по величине. Сопротивление конструкционных материалов таким нагрузкам определяется их ударной вязкостью и представляет собой самостоятельную задачу. Подобный вид нагружения характерен для деталей транспортных машин.

2. Статические нагрузки характеризуются постоянством во времени. К данному виду можно условно отнести нагрузки, действующие на детали, работающие в условиях длительного эксплуатационного цикла (резервуары давления, стержни болтов в соединениях с предварительной затяжкой и т.д.).

3. Большинство деталей машин в процессе эксплуатации подвергается воздействию переменных во времени нагрузок, характер изменения которых бывает как закономерным так и случайным. В результате приложения таких нагрузок происходит процесс накопления повреждений, ведущий к появлению трещины и разрушению (явление механической усталости). Если переменная нагрузка повторяется периодически, ее называют циклической.

145

Разрушение деталей современных машин приводит, как правило, к возникновению аварийных ситуаций. Поэтому в расчеты закладывают не предельные характеристики материалов, а допускаемые напряжения, отличающиеся от них в некоторое число раз, называемое запасом прочности.

7.3.2Соединения деталей машин

Вмашинах детали соединяют разными способами в сборочные единицы или узлы, например, редуктор, подшипник, муфта и т.д. В зависимости от требований, предъявляемых к сборочной единице, ее назначения и конструкции, входящие в нее детали образуют два класса соединений, различающихся по принципу возможности демонтажа.

Соединения, допускающие повторную сборку-разборку без нарушения работоспособности как деталей, так и элементов крепежа, называют разъемными.

Ктаким соединениям относятся резьбовые (болтовые, винтовые, шпилечные),

шлицевые, шпоночные и т.д.

Соединения, не допускающие разборку без повреждения деталей или элементов крепежа, считают неразъемными. В данную группу входят наиболее распространенные – сварные, а также заклепочные, паяные, клеевые и др.

Сварными называются соединения деталей, связанных в зоне контакта межатомными силами, которые возникают при местном сплавлении или совместном пластическом деформировании. Поэтому различают два вида сварки –

плавлением и давлением.

Сварные соединения обладают высокой прочностью при статическом нагружении, хорошей технологичностью, герметичностью. Сопротивление сварных соединений усталости понижено вследствие наличия в швах концентраторов напряжений – трещин, непроваров, и т.д.

стыковые, нахлесточные и угловые сварные соединения (рис. 3.1) . Сварные соединения проверяют на прочность по номинальным сечениям соединяемых деталей без учета утолщения швов.

Условия прочности для стыкового шва, нагруженного согласно схеме (рис. 3.1. а) имеют вид :

146

и надежностью. Резьбовые соединения позволяют применять однотипные стандартные детали в различных машинах. Но их существенным недостатком является концентрация напряжений в резьбе, снижающая сопротивление циклическим нагрузкам.

Цилиндрическая резьба широко применяется в соединениях деталей и характеризуется следующими параметрами: формой и размером профиля; наружным, внутренним и средним диаметрами; шагом; числом заходов.

Профилем называют контур сечения резьбы плоскостью, проходящей через ее ось. По виду профиля различают резьбы метрические; дюймовые; трубные (мелкие дюймовые); трапецеидальные; круглые и квадратные (рис. 3.3). Стандартизованы параметры всех резьб, кроме квадратной. Профиль резьбы характеризуется углом ( ), теоретической (H) и рабочей высотами (h).

Основные размеры резьбы: наружный диаметр (d), внутренний диаметр (d1), средний диаметр (d2), шаг р – расстояние между одноименными точками профиля соседних витков в осевом направлении (рис. 3.3). Резьбы выполняют одно-, двух-, и многозаходными. Ход резьбы t определяется перемещением инструмента при ее изготовлении в осевом направлении за один оборот заготовки. Пусть число заходов равно (а), тогда ход резьбы составит

t a p

Рис. 3.3. Профили и параметры резьб

К резьбовым элементам крепежа относятся болты, винты, шпильки, гайки и резьбовые вставки (рис. 3.4).

Болтовые соединения (рис. 3.4) используются для соединения деталей относительно небольшой толщины при наличии места для гайки и головки Если данные условия не выполняются, но в одной из деталей можно высверлить резьбовые отверстия, используют винтовые соединения (рис. 3.4).

148

В случае необходимости частой сборки-разборки подобного вида соединений, вызывающей изнашивание резьбовых отверстий в детали, вместо винтовых применяют шпилечные соединения (рис. 3.4) или в резьбовые отверстия вкручивают резьбовые вставки, которые представляют собой втулки из износостойких материалов с наружной и внутренней резьбой. Шпилечные соединения или резьбовые вставки используют, когда материал детали с резьбовым отверстием не обладает высокой твердостью (легкие сплавы, пластмассы).

Рис. 3.4. Виды и детали резьбовых соединений

Расчет резьбы на прочность. Наибольшую опасность для крепежных резьб представляет срез витков. Если развернуть виток резьбы винта (гайки) на плоскость по диаметру d1(d), опасное сечение будет представлять собой прямоугольник со сторонами аср и d1( d). Проверочный расчет витков резьбы на срез винта и гайки –

где Q - осевая нагрузка на резьбу; z и p - число витков и шаг резьбы; kc– коэффициент, определяющий полноту профиля резьбы (для метрических резьб kc= 0,87); H – высота гайки.

Шпоночные и шлицевые (зубчатые) также относятся к разъемным соединениям. Они предназначены для передачи вращательного движения и крутящего момента от валов к присоединенным деталям и наоборот.

Шпоночные соединения просты и надежны, технологичны, обеспечивают относительное удобство сборки-разборки. Их недостатком является наличие у

149