Теплостойкость

Работа машин сопровождается тепловыделением, вызываемым рабочим процессом машин и трением в их механизмах. Тепловыделение, связанное с рабочим процессом, особенно интенсивно у тепловых двигателей, электрических машин, литейных машин и машин для горячей обработки материалов.

В результате нагрева могут возникать следующие вредные для работы машин явления.

1. Понижение несущей способности деталей, наблюдаемое у деталей из сталей при температурах выше 300...400 °С и у деталей из большей части пластмасс при температурах выше Ю0...150°С. Это связано с понижением основных механических характеристик материалов, в частности временного сопротивления и предела выносливости, с охрупчиванием – потерей пластичности во времени и, наконец, с появлением ползучести. Ползучесть, т. е. малая непрерывная пластическая деформация при длительном нагружении, становится основным критерием работоспособности для отдельных деталей машин: лопаток и дисков турбин, элементов паровых котлов высокого давления и др. Ползучесть очень опасна в связи с возможностью выборки (сведения к нулю) зазоров у вращающихся или поступательно-перемещающихся деталей. Расчеты на ползучесть основываются на задании допустимых пластических перемещений за определенный срок службы.

В деталях с заданными постоянными деформациями (затянутые крепежные винты, детали на посадках с натягом и т. п.) наблюдается самопроизвольное постепенное падение напряжений натяга, т. е. релаксация напряжений.

2. Понижение защитной способности масляного слоя, разделяющего трущиеся детали машин, и, как следствие, появление повышенного износа или заедания.

3. Изменение зазоров в подвижных соединениях вследствие обратимых температурных деформаций. Выход из строя подшипников и других замкнутых подвижных сопряжений часто связан с захватыванием шейки вала или ползуна вследствие уменьшения зазоров до нуля.

Сохранение работоспособности деталей по критериям 2 и 3 обеспечивается совместными тепловыми и гидродинамическими рачсчётами.

4. Изменение свойств трущихся поверхностей, например снижение коэффициента трения в тормозах.

5. Понижение точности машины вследствие обратимых температурных деформаций.

Это особенно относится к точным машинам, например прецизионным металлорежущим станкам.

На точность и работоспособность машины влияют температурные деформации:

вызываемые равномерным нагревом деталей из конструкционных материалов с различными коэффициентами линейного расширения; -

вызываемые неравномерным нагревом в связи с наличием местных источников теплоты, (трущиеся пары, встроенные электродвигатели) и с общим быстрым изменением температуры в помещении, так как мелкие детали быстро достигают новой температуры, а крупные — медленно.

Расчетам на прочность при повышенных температурах и расчетам температурных деформаций должны предшествовать или совмещаться собственно тепловые расчеты – определение температур.

Теплообразование в механизмах, связанное с работой трения, подсчитывают непосредственно или по передаваемой; механизмом мощности и КПД. Теплообразование, связанное с рабочим процессом, устанавливают при расчете последнего.

Средние установившиеся температуры определяют по уравнению теплового баланса: тепловыделение за единицу времени приравнивают теплоотдаче. При расчете теплоотдачи пользуются ее усредненными коэффициентами. Для решения более сложных тепловых задач (установления температурных полей в деталях машин, определения неустановившихся температур) используют методы, рассматриваемые в теории теплопередачи, в том числе методы подобия, комбинирования из точных решений для элементов простых форм, методы конечных разностей и конечных элементов.