Учебный курс Детали машин и основы конструирования

Конспекты
Начертательная
Решение задач
Графика

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ К ДЕТАЛЯМ МАШИН.

 Основное требование - РАБОТОСПОСОБНОСТЬ.

 1. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ - способность детали или сборочной единицы (изделия) выдерживать заданные нагрузки, сохраняя значения параметров, установленных технической документацией.

 Для успешной работы машины в условиях эксплуатации все ее детали и сборочные единицы должны быть надежны.

2. НАДЕЖНОСТЬ - это свойство комплексное, которое включает в себя: б е з о т к а з н о с т ь , д о л г л в е ч н о с т ь,

р е м о н т о п р и г о д н о с т ь, и с о х р а н я е м о с т ь. НАДЕЖНОСТЬ - это свойство изделия выполнять в течении заданного времени свои функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

 Основные положения надежности определены ГОСТ 27.002. - 89.

 Тория надежности является очень важной самостоятельной наукой, основанной на теории вероятности и математической статистики [4].

 2.1. Б е з о т к а з н о с т ь - способность изделия быть работоспособным в течении определенного срока службы

или наработки. Обычно срок службы задается в ЧАСАХ.

 2.2 Д о л г о в е ч н о с т ь - свойство изделия сохранять работоспособность до п р е д е л ь н о г о с о с т о я н и я с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние изделия оговаривается в технической документации и определяется невозможностью его дальнейшей эксплуатации.(см.[4] ).

 2.3. Р е м о т о п р и г о д н о с т ь - приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей при проведении технического обслуживания и ремонта.

  2.4. С о х р а н я е м о с т ь - свойство изделия сохранять свои эксплуатационные показатели в течении регламентированного срока хранения и транспортирования.

  Дл я количественной оценки надежности изделия в процессе разработки и проектирования служат ряд показателей, основным из которых является

в е р о я т н о с т ь б е з о т к а з н о й р а б о т ы - Р(t)/.

 P(t) = 1 - m / N (1.50)

  где m - число изделий, отказавших за время t.

 N - число испытуемых изделий.

  О т к а з - событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия.

  Н а р а б о т к а н а о т к а з определяется отношением времени работы (н а р а б о т к и) восстанавливаемой машины к ожидаемому числу отказов в течении этой наработки.

 3. Т е х н о л о г и ч н о с т ь - это процесс изготовления, сборки изделия с наименьшими затратами средств, времени и труда.

 4. Э к о н о м и ч н о с т ь - минимизация затрат на проектирование изделия, изготовление и последующую его эксплуатацию.

 5. Э с т е т и ч н о с т ь и э р г о н о м и ч н о с т ь деталей и машины в целом это современный эстетичный вид изделия и удобство в обращении при эксплуатации и техническом обслуживании.

 Максимальное удовлетворение указанным выше требованиям, которые часто противоречат друг другу, и определяет К в а л и ф и к а ц и ю к о н с т у к т о р а и у р о в е н ь п р о е к т и р о в а н и я в целом.

 1.6. ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

 ДЕТАЛЕЙ МАШИН.

 Если работоспособность является основным требованием, предъявляемым к деталям, сборочным единицам и машинам в целом, то необходимо знать и уметь определять основные критерии работоспособности конкретной детали, исходя из условий ее работы (схемы нагружения, закрепления, вида деформирования и т. д). Кроме того необходимо уметь теоретическим (расчетным) путем определять размеры и форму деталей под нагрузкой достаточные для предотвращения отказов.

  Во время работы в деталях могут происходить ВНЕЗАПНЫЕ или ПОСТЕПЕННЫЕ отказы.

  В н е з а п н ы й о т к а з - отказ, характеризующийся внезапным разрашением детали. Это самый опасный вид отказа, который не может диагностироваться заранее. Такой отказ может происходить в результате внезапного разрушения (поломки) детали при перегрузке или недостаточной

с т а т и ч е с к о й или д н а м и ч е с к о й (у с т а л о с т н о й) п р о ч н о с т и.

 Из всего вышеизложенного следует вывод, что ПРОЧНОСТЬ деталей является ОСНОВНЫМ или ГЛАВНЫМ критерием работоспособности.

  П о с т е п е н н ый о т к а з - оказ, которому предшествует значительный период изменения формы или других свойств детали, которые могут быть замечены визуально или диагностироваться с помощью специального оборудования при техническом осмотре машины. К таким отказам прежде всего следует отнести ИЗНОС деталей. Процесс износа сопровождается и изменением р а з м е р о в и ф о р м ы деталей. Износ в дальнейшем приводит к з а е д а н и ю, п е р е г р е в у, потере достаточной п р о ч н о с т и и. как следствие этого - к отказу.

 Достаточная статическая и динамическая ПРОЧНОСТЬ определяется расчетным путем решением УРАВНЕИЙ или УСЛОВИЙ достаточной прочности. В общем случае эти условия имеют вид:

   (1.51)

 где  - нормальные (касательные) напряжения в детали, МПа;

  В.С.Ф. - внутренний силовой фактор, соответствующий виду деформации;

 Г.Ф. - геометрический фактор;

- допускаемые напряжения, МПа.

Ниже представлены основные виды уравнений прочности, наиболее часто встречающиеся при расчете деталей машин.

 1. РАСТЯЖЕНИЕ (СЖАТИЕ).

  (1.52)

 

 где - расчетные напряжения растяжения (сжатия), МПа;

  F - внутренняя растягивающая (сжимающая ) сила, Н;

 А - площадь поперечного сечения детали, в котором производится

 расчет, мм;

 [] - допускаемые напряжения растяжения (сжатия ) для материала

 детали, МПа.

 2.ИЗГИБ.

  (1.53) 

 где  - расчетные, допускаемые напряжения изгиба, МПа;

  МИ - изгибающий момент в рассматриваемом сечении, Нм;

 Wx - осевой момент сопротивления сечения балки, мм3;

 Для основных форм сечений балок - круг и прямоугольник : 

 ;

 

 ,

 где h – размер прямоугольника, перпендикулярный оси Х

 

 3. КРУЧЕНИЕ. 

  (1.54) где   - расчетное и допускаемое напряжение кручения, МПа;

 Т - крутящий момент в рассматриваемом сечении, Нм;

 Wр - полярный момент сопротивления сечения детали, мм3.

 4. СРЕЗ.

 , (1.55) где  - расчетное и допускаемое напряжение среза,МПа;

  F - cила среза,Н;

 А - площадь среза, мм2.

5. СМЯТИЕ.

  (1.56)

 где Gсм, [Gсм] - расчетное и допускаемое напряжение смятия,МПа;

 F - cила смятия,Н;

 Асм - площадь смятия, мм(кв).

 Процесс среза и смятия подробно рассмотрен выше (Рис.1.18) на примере деформации заклепки.

ДВА МЕТОДА ВЫБОРА ДОПУСКАЕМЫХ НАПРЯЖЕНИЙ.

  Для определения достаточной прочности деталей машин по уравнениям прочности (1.52) - (1.56) необходимо знать значения допускаемых напряжений, которые можно определить двумя методами: ТАБЛИЧНЫМ и РАСЧЕТНЫМ (ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫМ).

 ТАБЛИЧНЫЙ метод проще и точнее, так как основан на практике эксплуатации подобных деталей в реальных условиях. Однако для всех видов деталей и способов их нагружения таблицы не разработаны (см.[5]). Поэтому второй метод определения допускаемых напряжений более универсален.

 РАСЧЕТНЫЙ метод заключается в определении допускаемых напряжений по зависимости:

 

   (1.57) 

 где  - предельное напряжение материала детали, МПа;

  S - общий коэффициент запаса прочности.

 В случае постоянной нагрузки в качестве предельных напряжений принимают:

  или  (1.58)

  - предел текучести (для пластичных материалов), предел прочности для хрупких материалов.

 Если нагрузка переменная, то в этом случае в качестве предельных напряжений принимают пределы выносливости материалов:

Тогда зависимости (1.55) примут вид:

 

   (1.59) Если срок службы детали ограничен, то зависимости (1.57) будут иметь вид:

 

   (1.60) 

 где Kд = ;

 Nб - базовое число циклов изменения напряжений (определяется типом детали) - известная величина,

 N - число циклов изменения напряжений за весь заданный срок службы детали или изделия;

 m - показатель степени, определяемый типом изделия (заданная величина).

 Во всех зависимостях, представленных выше, присутствует коэффициент запаса прочности S, который определяется по формуле:

  (1.61)

 где S1 - коэффициент, учитывающий точность расчетной схемы.

 S1 = 1.0 ... 1.5.

 S2 - коэффициент, учитывающий надежность материала заготовки детали.

 S2 = 1.05 ... 1.1, если заготовка поковка или прокат.

 S2 = 1.15 ... 1.25 - заготовка стальное литье;

 S2 = 1.5 ... 2.5, - чугунное литье.

 S3 - коэффициент, учитывающий ответственность детали.

 S3 = 1.0 ... 1.5.

 Кб - обобщенный эффективный коэффициент КОНЦЕНТРАЦИИ напряжений. Он учитывает вид концентратора напряжений в рассматриваемом сечении детали, масштабный фактор (размер сечения), состояние и обработку поверхности детали, вид и способ химико-термической обработки и рабочую температуру детали [6].

 Значения представленных выше коэффициентов запаса прочности конструктор выбирает самостоятельно на основании своего опыта конструирования или с использованием рекомендаций, изложенных в специальной литературе[6].

 

Механические передачи Детали машин