С ущность основных критериев работоспособности. Допускаемые напряжения.

Работоспособность- состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами установленными требованиями технической рекомендации.

Отказ- нарушение работоспособности.

Детали машин- должны быть работоспособны для конкретных условий работы. В зависимости от условий детали должны обладать ярко выраженными или иными свойствами.

Критерий работоспособности- свойства при отсутствии или недостаточном проявлении которых детали не работоспособны.

Основные критерии работоспособности:

-прочность

-жесткость

-износостойкость

-теплостойкость

-вибростойкость.

Прочность- основной критерий работоспособности для деталей машин( способность деталей сопротивляться сопротивлению).

Прочность:

1. Статическая, при действующей постоянной во времени нагрузке.

2. Усталостная(выносливость)- имеющей место, при действии циклических переменных нагрузок.

В наше время при проектном расчете на прочность деталей машин применяют метод расчета по допускаемым напряжениям. Основные уравнения нормального и касательного напряжения:

-наибольшие расчетные напряжения( действующие)

, - допускаемые напряжения( всегда часть опасного напряжения)

[S]- заданный запас прочности

[S]

W- момент сопротивления

Допускаемые напряжения:

-статическое

-циклическое.

О пасные напряжения при статическом нагружении.

Опасными напряжениями является предел текучести для текучих материалов или предел прочности для хрупких материалов .

Опасные напряжения при переменном циклическом напряжении.

Детали могут разрушаться от и , если они подвергаются многократному действию циклически не меняющемуся напряжению- усталостная прочность .

Расчетные напряжения задаются синусоидой:

- наибольшее и наименьшее напряжения.

- амплитуда

- среднее напряжение

r- коэф. ассиметрии цикла( характеризует опасность для появления усталости).

Основной характеристикой выносливости материала является предел выносливости , при изгибе получаемый путём испытаний группы образцов на машинах симметричных циклов.

Кривая усталости (выносливости) для конкретных напряжений, её зоны.

Получают при обработке результатов испытаний на изгиб. Проведём эксперимент: возьмем несколько пар образцов и прикладывая к ним различную величину нагрузки будем определять число циклов нагружения, которое выдержит образец до разрушения. Получим ряд точек с координатами – эти точки соединены кривой( кривой Вейлера)

Особенности этой кривой к осям. Для ряда металлов существует напряжение, ниже которого усталости нет- предел выносливости соответствующее ему число циклов и называется базовым числом циклов. В этой точке кривая выходит на параллельную горизонтальной оси.

Предел выносливости - наибольшее переменное напряжение, образец которого может выдержать не разрушаясь , при условно заданном большом числе циклов изменении напряжений.

При приближении к началу координат напряжение возрастает, начиная с характер разрушения не меняется , наблюдаются пластические деформации.

Кривая Вейлера делится на 3 зоны:

1зона. Зона малоцикловой выносливости прочность детали ограниченна не усталостью с , следовательно расчет ведется как для статической нагрузки.

3зона. – зона длительной выносливости при предельном напряжении деталь не разрушается.

2зона – ограниченной выносливости

<N< -ограниченный предел выносливости.

Связь между и .

(ур-ние Вейлера)

– коэф. Долговечности =

Контактная прочность. Контактное напряжение при сжатии двух цилиндров. Формула Герца.

Контактируют два куба

Контактируют два шара. При отсутствии нагрузки- площадь контакта точка. При наличии нагрузки образуется площадь контакта- круг.

Но напряжение сжатия в этом случае нельзя аналогично, поскольку их величина не одинакова по площадке. В этих случаях говорят о контактных напряжениях (местные напряжения, возникающие при сжатии двух соприкасающихся тел, когда площадка контакта мало по сравнению с размерами тел).

При расчете :

1.первоначальный контакт в точке (два шара, шар и плоскость)

2.первоначальный контакт по линии(цилиндр и плоскость).

Сжатие 2х цилиндров.

- радиус кривизны.

-модуль упругости

- коэф. Пуассона

q- удельная нагрузка

при наличии нагрузки линия переходит в узкую полоску. От чего будет зависеть контактное напряжение:

-величина напряжения тем больше, чем меньше площадь контакта. В зависимость входит величина приведенного радиуса кривизны

Площадь контакта зависит от:

-площадь контакта тем больше, чем меньше модули упругости материала

-чем больше сила сдавливания цилиндра, тем больше напряжение.

Формула Герца- Беляева:

если , то

- упрощенная формула Герца- Беляева

-приведенный модуль упругости.

Контактные разрушения деталей.

При достижении max контактных напряжений возможны разрушения поверхности в месте контакта. Характер разрушения зависит от того, будет ли нагрузка постоянной или переменной во времени.

1.при больших постоянных контактных напряжениях в пластичных материалах появляются вмятины, а в хрупких- трещины.

2.переменные напряжения вызывают усталость поверхностных слоёв. Образуются микро трещины с последующим выкрашиванием мелких частиц метала.

Механизм разрушения деталей, работающих в масле. Питтинг.

Если детали работают в масле, то оно попадает в микро трещины(1). При приближении к зоне контакта масло выдавливается из трещины верхнего цилиндра и трещина закрывается(2). В трещину нижнего цилиндра масло запрессовывается и там образуется высокое давление(2). При наличии давления трещина расклеивает метал и отрывает частицу метала от цилиндра(3). Происходит выкрашивание- усталостное разрушение при смазке- питтинг.

Борьба с питингом:

-упрочнение поверхности НВ

-повышение ее частоты

-увеличение вязкости масла.

Зависимость между контактным напряжением и числом их циклов выражается кривой контактной выносливости. Вид которой подобен кривой Вейлера.

О собенности геометрии косозубых цилиндрических колес.

Зубья косозубых колес расположены под углом наклона β к образующей делительной цилиндра.

-торцевой шаг

-нормальный шаг

-расчетный шаг

Косозубые колеса наиболее прочные, чем прямозубые. Проведём анализ косозубых передач на прочностные свойства. Для анализа будем испытывать эквивалентное колесо. Прочность зуба зависит от его размеров и формы в нормальном сечении, т.к. усилие зубьев направлено по нормали. Профиль косого или шевронного зубьев в нормальном сечении очень близок к профилю прямого зуба. На этом оси оценки прочности косых зубьев можно проверить по зубьям эквивалентного колеса.

Параметры эквивалентного колеса:

1. -диаметр эквивалентного колеса

2. -число зубьев

Увеличение эквивалентных параметров , с увеличением угла β является одной из причин повышения прочности косозубых колес.в следствии наклонов зубьев получают колёса больших размеров или при той же нагрузке уменьшают габариты передач.