Основные критерии работоспособности деталей машин кратко

Обновлено: 05.07.2024

Переменные напряжения характеризуются циклом изменения напряжений: при отнулевом цикле напряжения меняются от нуля до максимума; при знакопеременном симметричном цикле напряжения меняются от отрицательного до такого же положительного значения.

Основными критериями работоспособности и расчета деталей машин являются прочность, жесткость, износостойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость. Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов главным критерием является прочность, а для ходовых винтов — износостойкость.

Жесткость характеризуется изменением размеров и формы детали под нагрузкой. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы.

Изнашивание -процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в подшипниках, в зубчатых зацеплениях и т.п. Увеличение зазоров снижает качественные характеристики механизмов -к.п.д., надежность, точность и т.д.

Коррозия - процесс постоянного разрушения поверхностных слоев металла в результате окисления. Коррозия является причиной преждевременного разрушения многих конструкций. Для защиты от коррозии применяют антикоррозионные покрытия или изготовляют детали из специальных коррозионноустойчивых материалов.

Теплостойкость. Нагрев деталей машин может вызвать: понижение прочности материала и появление ползучести; понижение защищающей способности масляных пленок, а, следовательно, увеличение изнашивания деталей; изменение зазоров в сопряженных деталях, которое может привести к заклиниванию или заеданию и т.п.

Виброустойчивостъ. Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разрушению деталей

3 Основными критериями работоспособности и расчета деталей машин являются прочность, жесткость, износостойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость. Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов главным критерием является прочность, а для ходовых винтов — износостойкость.

Виброустойчивостъ. Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разрушению деталей.

4.Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или иным способом. Эти связи можно разделить на подвижные и неподвижные. Неподвижные связи в технике называют соединениями.Соединения обусловлены целесообразностью расчленения машины на узлы и детали для того, чтобы упростить производство, облегчить сборку, ремонт, транспортировку. Все виды соединений можно разделить на разъемные и неразъемные. Одним из самых распространенных видов разъемных соединений являются резьбовые соединения.

Резьба это выступы, образованные на основной поверхности винтов или гаек и расположенные по винтовой линии. Образованные в процессе нарезки выступы носят название витков.

Резьбы классифицируются по различным признакам:

1) по форме профиля резьбы:

2) по форме основной поверхности:

- конические (коническую резьбу применяют для плотных соединений труб, масленок, пробок и т. п.)

3) по направлению винтовой линии:

4) по числу заходов:

- многозаходные (Р - шаг резьбы, Р_n-ход резьбы; z-число заходов; Р_n= Р . z);

5) по назначению:

6) по форме профиля:

-метрические с треугольным профилем (основные крепежные резьбы);

- трубные (треугольные со скругленными вершинами и впадинами);

- прямоугольные (основные ходовые резьбы);

Резьбы классифицируются по различным признакам:

1) по форме профиля резьбы:

2) по форме основной поверхности:

- конические (коническую резьбу применяют для плотных соединений труб, масленок, пробок и т. п.)

3) по направлению винтовой линии:

4) по числу заходов:

- многозаходные (Р - шаг резьбы, Р_n-ход резьбы; z-число заходов; Р_n= Р . z);

5) по назначению:

6) по форме профиля:

-метрические с треугольным профилем (основные крепежные резьбы);

- трубные (треугольные со скругленными вершинами и впадинами);

- прямоугольные (основные ходовые резьбы);

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

* Основные требования к деталям и узлам машин.

1. Работоспособность – это состояние деталей и узлов, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с параметрами установленными техническими условиями

2. Надежность – это свойство деталей и узлов сохранять во времени свою работоспособность. Вероятность безопасной работы и долговечность

3. Экономичность определяет затраты на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт деталей и узлов

4. Технологичность – это возможность изготовления простыми средствами.

5. Эстетичность – совершенство и красота внешних форм.

*Основные критерии работоспособности машин.

Критерий – это признак, на основании которого производится оценка работоспособности деталей и узлов машин.

1. Прочность – это способность деталей и узлов сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок.

- коэффициент асимметрии цикла. t

Чаще всего нагрузки сводят к двум видам изменения напряжения:

При симметричном цикле нагружения измеряются напряжения в валах и др. вращающихся деталях.

Прочность оценивается двумя основными способами:

· с помощью допускаемых напряжений

- предел выносливости – max напряжение, которое выдерживает материал в течение заданного числа циклов нагружения ( ) при симметричном цикле изменения напряжения. Для стали .

· с помощью запасов прочности

2. Жесткость – это способность детали сопротивляться изменению формы.

Деформации изменяют не только размеры деталей, но и характер их сопряжения.

Деформации зависят от формы поперечного сечения, размеров, модуля упругости.

3. Износостойкость – способность деталей сопротивляться изнашиванию, т. е. процессу постепенного изменения размеров деталей в результате трения.

Износ характеризуется интенсивностью изнашивания .

, где U – износ, L – путь трения.

Путь трения – это расстояние, которое прошли взаимодействующие тела за весь срок эксплуатации.

4. Теплостойкость – это способность деталей выполнять заданные функции при повышенных температурах.

Устойчивая температура в узле не должна превышать допускаемую:

! При повышенных температурах снижаются свойства смазочного материала.!

5. Виброустойчивость – это способность деталей и узлов работать с заданными частотами вращения без недопустимых колебаний (отсутствие резонансных явлений).

Собственная частота не должна равняться частоте вынужденных колебаний:

Зубчатые передачи.

Зубчатыми называют передачи, в которых движение передается с последовательно зацепляющихся зубьев.

Достоинства:

1. постоянство передаточного отношения;

2. компактность(малые габариты при высокой нагрузочной способности);

3. высокая надежность работы и долговечность;

4. высокий КПД ( до 98%);

5. простота устройства и обслуживания.

Недостатки:

1. шум и вибрации при больших скоростях;

2. высокие требования к точности изготовления и монтажа.

Классификация зубчатых передач.

1. По взаимному расположению валов:

А) зубчатая передача с параллельными валами (цилиндрическая);

Б) между пересекающимися валами (коническая);

В) между скрещивающимися валами (червячная).

2.По расположению зубьев на колесе относительно образующей:

а) зубья расположены параллельно (прямозубые);

б) зубья расположены под углом (косозубые);

в) криволинейные.

3.По характеру зацепления:

а) передачи с внешним зацеплением;

б) передачи с внутренним зацеплением.

4. По характеру движения осей вращения колес:

Классификация.

По виду зубьев различают следующие передачи:

прямые косые круговые

Прямые зубья применяются при небольших окружных скоростях и нагрузках.

Косые и круговые зубья применяются при больших скоростях и нагрузках, т. к. они обеспечивают более плавное зацепление и издают меньше шума. Ввиду большей технологичности чаще всего применяют круговые конические колеса.

В дальнейшем будем рассматривать только прямозубые конические передачи, ввиду их простоты.

Основные критерии работоспособности деталей машин.

* Основные требования к деталям и узлам машин.

3. Экономичность определяет затраты на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт деталей и узлов

4. Технологичность – это возможность изготовления простыми средствами.

5. Эстетичность – совершенство и красота внешних форм.

*Основные критерии работоспособности машин.

Критерий – это признак, на основании которого производится оценка работоспособности деталей и узлов машин.

1. Прочность – это способность деталей и узлов сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок.

- коэффициент асимметрии цикла. t

Чаще всего нагрузки сводят к двум видам изменения напряжения:

При симметричном цикле нагружения измеряются напряжения в валах и др. вращающихся деталях.

Прочность оценивается двумя основными способами:

· с помощью допускаемых напряжений

· с помощью запасов прочности

2. Жесткость – это способность детали сопротивляться изменению формы.

Деформации изменяют не только размеры деталей, но и характер их сопряжения.

Деформации зависят от формы поперечного сечения, размеров, модуля упругости.

Износ характеризуется интенсивностью изнашивания .

, где U – износ, L – путь трения.

Путь трения – это расстояние, которое прошли взаимодействующие тела за весь срок эксплуатации.

4. Теплостойкость – это способность деталей выполнять заданные функции при повышенных температурах.

Устойчивая температура в узле не должна превышать допускаемую:

! При повышенных температурах снижаются свойства смазочного материала.!

Найди готовую курсовую работу выполненное домашнее задание решённую задачу готовую лабораторную работу написанный реферат подготовленный доклад готовую ВКР готовую диссертацию готовую НИР готовый отчёт по практике готовые ответы полные лекции полные семинары заполненную рабочую тетрадь подготовленную презентацию переведённый текст написанное изложение написанное сочинение готовую статью

Частица массой движется в потенциальном поле, в котором её потенциальная энергия равна (гармонический осциллятор). Оцените с помощью соотношения неопределённостей минимально возможную энергию частицы в этом поле

Используя соотношение неопределённостей энергии и времени, определите естественную ширину спектральной линии излучения атома при переходе его из возбуждённого состояния в основное. Среднее время жизни атома в возбуждённом состоянии , а длина волны

Свободно движущаяся нерелятивистская частица имеет относительную неопределённость кинетической энергии порядка . Оцените, во сколько раз неопределённость координаты такой частицы больше её дебройлевской длины волны.

Покажите, что соотношения неопределённостей позволяют сделать вывод об устойчивости атома, то есть о том, что электрон при движении по круговой орбите не может упасть на ядро.

Покажите, используя соотношение неопределённостей, что электроны не могут входить в состав атомного ядра. Линейные размеры ядра считать равными , а энергию связи нуклонов в ядре равной 10МэВ.

Кинетическая энергия электрона в атоме водорода составляет величину порядка 10эВ. Используя соотношение неопределённостей, оцените минимальные линейные размеры атома.

Считая, что минимальная энергия нуклона (протона или нейтрона) в ядре равна 10МэВ, оцените, исходя из соотношения неопределённостей, линейные размеры ядра.

1.4. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин

Работоспособность деталей оценивается по критериям работоспособности. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин:

Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов главным критерием является прочность, а для винтов резьбовых передач - износостойкость. При конструктировании деталей их работоспособность обеспечивают в основном выбором соответствующего материала, рациональной конструктивной формой и расчетом размеров по главным критериям. Работоспособностью называют такое состояние деталей, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической документацией (стандартами, техническими условиями и т. п.).

Основные критерии работоспособности и расчета деталей

Задачи раздела "Детали машин"

Критерии работоспособности: прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.
При конструировании работоспособность деталей обеспечивают выбором материала и расчетом размеров по основному критерию.
Выбор критерия для расчета обусловлен характером разрушения (видом отказа), типичным для той или иной детали, изделия. Так, для крепежных винтов основным критерием работоспособности является прочность, для ходовых винтов – износостойкость, для валов – жесткость.

Важнейшим критерием работоспособности является прочность , т.е. способность детали сопротивляться разрушению или возникновению недопустимых пластических деформаций под действием приложенных к ней нагрузок. Это абсолютный критерий. Ему должны удовлетворять все детали.

Основы расчетов на прочность изучают в курсе "Сопротивление материалов". В курсе "Детали машин" общие методы расчетов на прочность рассматривают в приложении к конкретным деталям и придают им форму инженерных расчетов. На практике применяют расчеты на прочность по номинальным напряжениям, по коэффициентам безопасности или по вероятности безотказной работы.

Расчеты по номинальным напряжениям

Расчеты по номинальным напряжениям выполняют в качестве предварительных для выбора основных размеров (для проектировочных расчетов). При этом используют номинальные эксплуатационные ( σ,τ ) и допускаемые ( [σ],[τ] ) напряжения с целью выполнения условий по:

нормальным напряжениям: σ ≤ [σ]
касательным напряжениям: τ ≤ [τ]

Эти расчеты наиболее просты и удобны для обобщения опыта конструирования путем накопления данных о напряжениях в хорошо зарекомендовавших себя конструкциях, работающих в близких или сходных условиях. Наиболее полезны такие данные для машин массового выпуска, опыт эксплуатации которых велик.

Расчеты по коэффициентам безопасности

В отличие от расчета по номинальным напряжениям они учитывают в явной форме отдельные факторы, влияющие на прочность: концентрацию напряжений, отличие в размерах деталей и опытных образцов, наличие упрочнений, а поэтому более точны. Вместе с тем, эти расчеты сохраняют условность, так как коэффициент безопасности вычисляют для некоторых условных характеристик материалов и значений нагрузок.

Расчет по вероятности безотказной работы

В ответственных конструкциях выполняют расчет по вероятности безотказной работы. Для широкого применения этого метода требуется накопление достоверного статистического материала по действующим нагрузкам и физико-механическим характеристикам материалов.
Важным при расчетах на прочность является точное выявление действительных эксплуатационных нагрузок.

Нагрузки, действующие на детали и изделия

Нагрузки, определяющие напряженное состояние деталей, можно подразделить на постоянные и переменные по времени. Постоянные нагрузки: силы тяжести (в транспортных и подъемно–транспортных машинах) , давления жидкости или газа, от начальной затяжки резьбовых соединений, сил пластического деформирования заклепок.

Постоянные нагрузки могут вызывать переменные напряжения. Так, при вращении вала, нагруженного изгибающим моментом, одни и те же волокна его оказываются попеременно то в растянутой, то в сжатой зоне. Так же поочередный вход в зацепление зубьев зубчатых передач вызывает в них периодическое изменение напряжений.

Основные механические характеристики материалов (предел текучести σ_т , временное сопротивление σ_в ) определяют при постоянных нагрузках.

Переменность нагружения обусловлена периодическим изменением нагрузок и соответственно напряжений. Продолжительность одного цикла нагружения называют периодом и обозначают Т . Нагружение с одним максимумом и с одним минимумом в течение одного периода при постоянстве параметров цикла называют регулярным нагружением.

Характеристикой напряженности детали является цикл напряжений – совокупность последовательных значений напряжений за один период их изменения при регулярном нагружении. Цикл напряжений (рис. 1) характеризуют максимальным σ_max , минимальным σ_min и средним σ_m напряжениями, амплитудой σ_a напряжений, периодом T , коэффициентом асимметрии R :

Основные циклы напряжений (рис. 1) : а – асимметричный (крепежные винты, пружины) , б – отнулевой (зубья зубчатых колес) , в – симметричный (валы, вращающиеся оси) .

Разрушение деталей машин, длительное время подвергающихся действию переменных напряжений, происходит при значительно меньших напряжениях, чем временное сопротивление или предел текучести.
Под действием переменных напряжений возникают необратимые изменения физико-механических свойств материала – усталостные повреждения (образование микротрещин, их развитие и разрушение материала) . Процесс накопления повреждений называют усталостью .
Число циклов напряжений, выдержанных нагруженной деталью до усталостного разрушения, называют циклической долговечностью , которую можно оценить с помощью кривых усталости .

Кривые усталости получают опытным путем, задавая испытуемым образцам различные значения напряжений σ = σ_max (рис. 2) и определяя число N циклов, при котором происходит их разрушение. Кривые усталости описывают степенной функцией:

где: С – постоянная, соответствующая условиям проведения эксперимента.

В завершение рассмотрения критерия прочности отметим, что такие разрушения, как смятие контактирующих поверхностей, их выкрашивание и изнашивание обусловлены действием контактных напряжений (напряжений в месте контакта криволинейных поверхностей двух прижатых друг к другу тел).
Отказы около 50% деталей (зубчатые, фрикционные и червячные передачи, подшипники качения) обусловлены действием контактных напряжений. Подробнее контактная прочность рассмотрена в разделе "Механические передачи".

Характеристика критериев работоспособности

Жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой . Роль этого критерия работоспособности возрастает в связи с тем, что прочностные характеристики материалов (например, сталей) постоянно улучшаются, что позволяет уменьшить размеры деталей, а упругие характеристики (модуль упругости) при этом не изменяются. Так, за последние 50 лет временное сопротивление σв легированных сталей повысили от 500 до 1500 МПа при неизменном значении модуля упругости Е = 2,1×10 5 МПа.

Практические расчеты на жесткость проводят в форме ограничения упругих деформаций в пределах, допустимых для конкретных условий работы.

В уточненных расчетах прочности и жесткости деталей используют различные методы решения задач теории упругости, в частности метод конечных элементов (МКЭ) . Этот метод реализуют на ЭВМ с большой памятью и высоким быстродействием.

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию . Под изнашиванием понимают процесс разрушения и отделения вследствие трения материала с поверхности твердого тела, проявляющийся в постепенном изменении размеров или формы.

Износостойкость зависит от физико-механических свойств материала, термообработки и шероховатости поверхностей, от значений давлений или контактных напряжений, скорости скольжения, наличия смазочного материала, режима работы и т.д.

Износ - результат изнашивания . Износ изменяет характер сопряжения, увеличивает зазоры в подвижных соединениях, вызывает шум, уменьшает толщину покрытия, снижает прочность деталей. Износ можно уменьшить, если разделить трущиеся детали смазочным материалом. В подшипниках скольжения с помощью гидродинамических расчетов определяют необходимую толщину масляного слоя. Для сравнительно медленно перемещающихся деталей (направляющие станков, ходовые винты) используют гидростатический контакт: масло в зону взаимодействия подают под давлением.

Универсального и общепринятого метода расчета на изнашивание нет. В большинстве случаев расчет проводят в форме ограничения действующих давлений р в местах контакта:

Исследованиями контактного взаимодействия твердых тел при их относительном смещении занимается новая наука триботехника.

Теплостойкость – способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы .
Нагрев деталей в процессе работы машины приводит к:

Снижению механических характеристик материала и к появлению пластических деформаций – ползучести. Стальные детали, работающие при температурах ниже 300 °С, на ползучесть не рассчитывают.
Уменьшению зазоров в подвижных сопряжениях деталей и, как следствие, схватыванию, заеданию, заклиниванию.
Снижению вязкости масла и несущей способности масляных пленок. С повышением температуры вязкость минеральных нефтяных масел снижается по кубической параболе – очень резко.

Для обеспечения нормального теплового режима работы проводят тепловые расчеты (расчеты червячных и волновых редукторов, подшипников скольжения) . При этом составляют уравнение теплового баланса (тепловыделение за единицу времени приравнивают теплоотдаче) и определяют среднюю установившуюся температуру при работе машины. С целью повышения теплоотдачи предусматривают охлаждающие ребра, принудительное охлаждение или увеличивают размеры корпуса.

Виброустойчивость – способность конструкции работать в диапазоне режимов, достаточно далеких от области резонанса .
Вибрации снижают качество работы машин, увеличивают шум, вызывают дополнительные напряжения в деталях. Особенно опасны резонансные колебания.

В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибраций возрастает. Поэтому расчеты на виброустойчивость приобретают все большее значение.
Периодическое изменение внешних сил в поршневых машинах или сил от неуравновешенности вращающихся деталей, от погрешностей изготовления вызывает вынужденные колебания. При совпадении или кратности частоты вынужденных колебаний и частоты собственных колебаний наблюдают явление резонанса .

При резонансе амплитуда колебаний достигает больших значений – происходит разрушение. Работать можно в до- или послерезонансной зонах. Переход через резонансную зону должен быть осуществлен достаточно быстро.
Расчеты на виброустойчивость выполняют для машины в целом. Они сводятся к определению частот собственных колебаний механической системы и обеспечению их несовпадения с частотой вынужденных колебаний.
К устройствам для снижения колебаний относят маховики, упругодемпфирующие элементы и демпферы, рассеивающие энергию колебаний.

Читайте также: