Основные критерии работоспособности

К числу основных критериев работоспособности деталей машин, которыми необходимо в первую очередь руководствоваться при проектировании, относятся прочность, жесткость и долговечность. Критерии прочности и жесткости являются общими для всех деталей, критерий долговечности имеет смысл для деталей, работающих при циклических нагрузках в условиях ограниченной выносливости, подверженных изнашиванию либо другим видам постепенного накопления эффекта повреждения (коррозия, ползучесть и др.) и имеющих поэтому ограниченный срок службы.

Прочность. В процессе эскизного проектирования и расчетов, целью которых является установление необходимых размеров и формы деталей машин, обеспечивающих их работу без поломок и остаточных деформаций в течение гарантируемого срока службы проектируемого объекта, определяется прочность. В целях экономии материала и облегчения веса конструкции необходимо стремиться к равномерному распределению напряжений по сечению детали. При проектировании деталей, работающих на изгиб или кручение, рационально применять сечения с большим значением момента инерции. Желательно также не допускать сложнонапряженного состояния элементов, используя преимущественно элементы, работающие при напряжениях растяжения или сжатия.

Чрезвычайно важным фактором при конструировании является обеспечение условий, предотвращающих появление недопустимых перегрузок в деталях машин, которые, например, могут возникнуть при запуске машины, дисбалансе быстровращающихся деталей, вибрациях и т. п. Необходимо поэтому при проектировании машины подбирать двигатели с плавным включением, предусматривать возможно более точную балансировку быстровращающихся деталей, применять гасители колебаний (демпферы, маховики) и предохранительные муфты.

Несущая способность конструктивных элементов существенно снижается также при наличии резких переходов, отверстий, выточек, углублений на поверхности детали, являющихся концентраторами напряжений. При динамических нагрузках для всех металлов, а при статических нагрузках для малопластичных материалов сопротивление разрушению в месте концентрации напряжений может быть в несколько раз меньше, чем сопротивление разрушению в других сечениях детали. Для снижения вредного влияния концентраторов напряжений при проектировании деталей необходимо не допускать резких переходов, применять разгружающие выточки, канавки, отверстия, удалять металл, практически не участвующий в работе, и т. д. (рисунок 25).

Конструктивное оформление основных деталей должно осуществляться, исходя из условий работы и необходимости обеспечения заданного срока службы.

Жесткость. Под действием внешних нагрузок отдельные элементы конструкции могут деформироваться или перемещаться относительно друг друга, несмотря на то, что возникающие в них напряжения значительно ниже предельных. Способность деталей сопротивляться такого рода изменениям формы называется жесткостью. Недостаточная жесткость конструкции нередко является причиной поломок отдельных деталей и выхода из строя машины в целом. Жесткость зависит от модуля упругости или модуля сдвига материала, момента инерции сечения, длины элемента и других факторов. Чем выше упругие свойства материала, чем больше момент инерции сечения и чем меньше продольные размеры, тем меньше деформации, возникающие под действием внешних сил, и, следовательно, тем больше жесткость детали.

л

Рисунок 25 – Конструктивные приемы уменьшения концентрации напряжения:

а — тангенциальные надрезы у краев радиального отверстия; б — кольцевое утолщение у радиального отверстия; в — разгружающая канавка у переходного сечения; г — плавный переход от резьбы к гладкой части; д — уменьшение ширины бурта вала; е — разгружающие канавки у выточки, ж, з, и — ослабление концентрации напряжений путем увеличения плавности перехода от одного сечения к другому

На жесткость конструкции оказывают влияние технологические условия изготовления ее элементов, а также условия работоспособности каждой детали совместно с сопряженными элементами и устойчивой работы машины (без вибраций и колебаний). Необходимая жесткость обеспечивается: правильным выбором материала деталей и их термической обработкой; применением рациональных форм сечений элементов; правильным расположением опор; созданием рационального баланса жесткости системы; проектированием рам и станин минимальной высоты; ограниченным применением сложных сварных узлов, в которых соединяется более трех конструктивных элементов; применением в сложных узлах штампо-сварных конструкций.

Исходя из условий жесткости, часто приходится увеличивать диаметры валов (устанавливая напряжения значительно ниже допустимых), усиливать станины станков, элементы строительных конструкций и т. п. Критерий жесткости имеет значение также при определении максимально допустимой температуры разогрева материала элементов и деталей машин в эксплуатации.

Износостойкость. Помимо рационального выбора материала и методов его упрочнения существует немало различных конструктивных приемов, позволяющих увеличить срок службы элементов деталей, работающих в условиях трения и изнашивания. Темп изнашивания можно снизить путем: уменьшения удельного давления на поверхности трения; равномерного распределения нагрузки по трущимся поверхностям; придания рабочим элементам деталей формы, приобретаемой ими в процессе изнашивания; правильного выбора смазки и принятия необходимых мер, предотвращающих попадание в зону трения грязи, пыли и абразива.

В местах предполагаемого износа целесообразно предусматривать сменные вставки из закаленной износостойкой стали или других износостойких материалов. для увеличения срока службы деталей трения рекомендуется применение компенсаторов износа трущихся пар, для чего можно использовать клиновые и конусные уплотнения, гидравлические прижимы одной половины подшипника, клеммные устройства, пружинные и другие компенсаторы износа, а также различные устройства, позволяющие автоматически поддерживать оптимальную величину зазора и оптимальные условия эксплуатации.

Конструкция машины или узла должна обеспечивать возможность ремонта быстроизнашивающихся деталей и легкой замены их в процессе эксплуатации.

Date: 2016-02-19; view: 601; Нарушение авторских прав