Вопрос 2. основные критерии работоспособности и расчета деталей машин

ВОПРОС 1. НАГРУЗКИ И НАПРЯЖЕНИЯ В ДЕТАЛЯХ МАШИН

В конструкциях детали работают в различных условиях, которые в совокупности образуют режимы нагружения – закономерности изменения нагрузки в конкретных условиях внешней среды. При этом, под нагрузкой понимают не только механическое воздействие (сила, момент), но и любое другое действие, например тепловое, вызывающее деформацию деталей.

По характеру нагружения внешние силы разделяют на поверхностные, и объемные, сосредоточенные и распределенные.

По характеру изменения нагрузки во времени их подразделяют на статические и циклические.

Статические нагрузки – не изменяющиеся или медленно изменяющиеся во времени.

Циклические нагрузки – нагрузка изменяющаяся во времени.

Циклические нагрузки характеризуются параметрами цикла:

- амплитудой напряжений σ_а;

- средним напряжением σ_m,;

- коэффициентом ассиметрии цикла r;

Циклическая нагрузка и соответственно напряжения представляются некоторой беспорядочной кривой, в которой, однако, можно установить определенную закономерность

Схематизированная картина напряжений представляется следующими синусоидальными циклами:

- асимметричный цикл

Среднее напряжение цикла – ;

Амплитудное напряжение цикла – ;

Коэффициент асимметрии цикла – .

- пульсирующий цикл:

Среднее напряжение цикла – ;

Минимальное напряжение – ;

Максимальное напряжение – ;

Коэффициент асимметрии цикла – .

- знакопеременный цикл:

Среднее напряжение цикла – ;

Амплитудное напряжение цикла – ;

Коэффициент асимметрии цикла – .

В зависимости от числа циклов нагружения само нагружение бывает статическим, малоцикловым и многоцикловым.

В соответствии с этим модели разрушения бывают:

- статическая модель разрушения – при действии кратковременных больших сил;

- малоцикловая – 10²-10⁵ циклов;

- усталостная - при числе циклов нагружения более 10⁵.

ВОПРОС 2. ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РАСЧЕТА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Прочность является главным критерием работоспособности большинства деталей.

Различают статическую прочность и усталостную прочность.

Статическая прочность - это прочность при постоянной или редко повторяющейся нагрузке, например при перегрузках.

Усталостная прочность - это прочность в условиях систематического изменения действующего напряжения.

Расчет по допускаемым напряжениям.

Основное уравнение прочности:

;

где и ‑ фактически действующие соответственно нормальные и касательные напряжения;

и ‑ соответствующие допускаемые напряжения;

и ‑ напряжения, приводящие к разрушению, т.е. предельные напряжения;

n ‑ коэффициент запаса прочности.

Большинство деталей машин испытывает сложное нагружение. Однако все разнообразие видов нагружений сводится к следующим:

- растяжение-сжатие

- срез (сдвиг)

- изгиб

- кручение

- контактные напряжения для контакта двух цилиндров по линии

После преобразований получаем

.

где ‑ удельная нагрузка;

‑ приведенный модуль упругости,

для стали Е = (2,0…2,15)∙10⁵ МПа,

‑ приведенный радиус кривизны:

,

где и ‑ радиусы кривизны ("+" ‑ для внешнего касания цилиндров; "-" ‑ для внутреннего);

Жесткостьхарактеризуется изменением размеров и формы детали под нагрузкой.

Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы.

Износостойкость – способность детали сопротивляться изнашиванию.

Изнашивание ‑ процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения.

Коррозионная стойкость – способность детали не поддаваться коррозии.

Коррозия — процесс постоянного разрушения поверхностных слоев металла в результате окисления.

Расчетов на долговечность по коррозии нет. Затрудняют такие расчеты множество случайных факторов, связанных с условиями эксплуатации деталей.

Теплостойкость. Нагрев деталей машин может вызвать следующие вредные последствия:

- 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;

- понижение точности работы машины (например, прецизионные станки).

Чтобы не допустить вредных последствий перегрева на работу машины, выполняют тепловые расчеты и, если необходимо, вносят соответствующие конструктивные изменения (например, искусственное охлаждение).

Виброустойчивость.Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разрушению деталей. Особенно опасными являются резонансные колебания.