1.4.Основные критерии работоспособности

и расчета деталей машин

Основными критериями (показателями) работоспособности деталей машин являются: прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, вибростойкость. Понятия прочности, жесткости и устойчивости были подробно рассмотрены в разделе 1 "Сопротивление материалов" прикладной механики.

П р о ч н о с т ь – главный критерий работоспособности большинства деталей. Этим критерием оценивают способность детали сопротивляться разрушению или пластическому деформированию под действием приложенных к ней нагрузок. Различают статические и усталостные поломки деталей.

Работоспособность по критерию прочности обеспечивается условиями: Т ≤ [Т]; σ [σ]; τ [τ] ; σ _Н [σ_Н] ; F [F]; М_u [М_u],

где σ, τ, σ_Н, F, М_u, Т – действительные (расчетные) нормальные, касательные, контактные напряжения, сила, изгибающий и вращающий моменты, а в скобках их допускаемые значения.

Ж е с т к о с т ь – способность деталей сопротивляться изменению формы и размеров под действием нагрузок; характеризуется модулем упругости материала Е.

Упругие перемещения (углы поворота поперечных сечений, прогибы), возникающие в деталях не должны превышать некоторых допускаемых значений.

И з н о с о с т о й к о с т ь – способность трущихся деталей оказывать сопротивление изнашиванию (износу). Износ приводит к изменению размеров, формы и состояния поверхности детали; потери прочности вследствие разрушения ее поверхностного слоя при трении. Износ деталей приводит к потере точности (приборы, измерительный инструмент, станки); к снижению КПД и увеличению утечек (насосы, цилиндр и поршень двигателя и т.д.); к уменьшению размеров, появлению зазоров и снижению прочности (зубья зубчатых и червячных колес и т.п.) и т.д. По условиям внешнего воздействия на поверхностный слой различают: абразивный износ за счет твердых посторонних частиц (песка, пыли) между трущимися поверхностями; коррозионный износ, при котором продукты коррозии стираются механическим путем; износ при заедании, особенно при высоких скоростях и давлениях.

Для повышения износостойкости деталей применяют смазку, специальные уплотнения от попадания абразивных частиц и утечки смазки, антифрикционные материалы и антикоррозионные покрытия.

Износ не должен превышать некоторой допустимой величины. В большинстве случаев расчеты деталей на износостойкость ведутся по допускаемым давлениям р [ р] в зонах контакта деталей.

Т е п л о с т о й к о с т ь – способность деталей сохранять нормальную работоспособность в пределах заданных температур. Чрезмерный нагрев уменьшает прочность и жесткость деталей; снижает защитную способность масляного слоя, что повышает износ деталей и вызывает их заедание; изменяет зазоры в сопряженных деталях, что приводит к заклиниванию и поломке; понижает точность работы машины.

В и б р о у с т о й ч и в о с т ь – способность конструкции работать в нужном диапазоне режимов без не допускаемых колебаний (особенно резонансных). Этот критерий характерен для быстроходных машин. Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения, которые приводят к усталостному разрушению деталей, снижают качество и точность работы. Расчеты на виброустойчивость в основном сводятся к определению критических частот колебаний и скоростей, т.е. частот колебаний и скоростей, при которых возникает резонанс.