Детали машин: классификация, критерии работоспособности, допускаемые напряжения. Проектный и проверочный расчеты

Вопросы к ГОС по специальности 050502

1. Детали машин: классификация, критерии работоспособности, допускаемые напряжения. Проектный и проверочный расчеты.

2. Соединения деталей машин. Принципы расчета соединений.

3. Механические передачи: классификация, основные силовые и кинематические соотношения. Примеры расчета передач.

4. Редукторы: назначение, типы, классификация. Пример кинематического расчета редуктора.

Детали машин: классификация, критерии работоспособности, допускаемые напряжения. Проектный и проверочный расчеты

Деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала, без применения сборочных операций. Например, болт, винт, гайка, шпонка, вал, колесо и т.д.

Детали делятся на 2 группы:

Детали машин общего назначения – это однотипные детали, входящие в состав различных машин и выполняющие одни и те же функции.

Детали специального назначения – это детали, применяющиеся только в одном или нескольких типах машин (например, плуг, поршень, турбина, колесо и др.).

Детали машин общего назначения подразделяются на несколько подгрупп:

1. Детали соединений, которые бывают разъемными (детали болтовых, шпоночных, шлицевых, клиновых, штифтовых, и др.) и неразъемными (детали заклепочных, сварных, соединений с гарантированным натягом, клеевых).

2. Детали для поддержания вращающихся частей машин (оси, валы, детали подшипников, детали муфт).

3. Детали различных передач (фрикционных, ременных, цепных, червячных и др.).

4. Разные детали (смазочные устройства, пружины, арматура, элементы трубопроводов и др.).

5. Дополнительная группа (корпусные детали, станины, плиты, коробки).

Совершенство конструкции деталей машин оценивается ее надежностью и экономичностью. Под надежностью понимают свойство изделия сохранять свою работоспособность с течением времени. Работоспособность деталей машин это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

При конструировании деталей их работоспособность обеспечивается выбором соответствующего материала, рациональностью конструкции и расчетом конструктивных размеров по определенным критериям (прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость, жаропрочность и др.). Критерии работоспособности показывают качественную оценку работы деталей машин в тех или иных условиях.

Главным критерием работоспособности большинства деталей является прочность – свойство детали в определенных условиях и пределах воспринимать нагрузки, не разрушаясь. Прочность деталей машин зависит от концентрации напряжений, поэтому показателем прочности являются нормальные () и касательные () напряжения.

Условие прочности: ,

где и - допускаемые нормальное и касательное напряжения.

Допускаемые напряжения определяются как отношение предельного напряжения () к допустимому коэффициенту запаса прочности :

Допустимый коэффициент запаса прочности зависит от различных факторов: точности применяемых методов расчета и расчетных схем, от правильности выявления действующих на деталь нагрузок и характера их приложения, от степени ответственности детали, степени однородности применяемого материала и др.

В качестве предельного напряжения для различных материалов применяют: - предел прочности (для хрупких материалов) – условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, выдерживаемой образцом до разрушения; - предел текучести (для пластичных материалов) – напряжение, при котором происходит рост деформации образца при практически постоянной нагрузке.

Работоспособность многих деталей машин определяется контактной прочностью, т.е. прочностью их рабочих поверхностей.

Первое решение контактной задачи дал Г. Герц в 1882 году. Ге́нрих Ру́дольф Герц.

В основу решения положены следующие предпосылки:

1) Материалы соприкасающихся деталей однородны и изотропны.

2) Линейные размеры площадки контакта малы по сравнению с радиусами кривизны соприкасающихся поверхностей.

3) Действующие усилия направлены нормально к поверхностям соприкасающихся деталей.

4) Нагрузки, приложенные к деталям, создают в зоне контакта только упругие деформации, подчиняющиеся закону Гука.

Для определения контактных напряжений Герц рассматривал фрикционную цилиндрическую передачу, состоящую из двух цилиндров с параллельными осями (Рис. 1).

Рис. 1. Пример возникновения контактных напряжений в точке контакта

фрикционной цилиндрической передачи

До приложения удельной нагрузки цилиндры соприкасаются по линии АВ. Под действием сжимающих сил на поверхности катков возникают упругие деформации, линейный контакт переходит в контакт по узкой площадке.

Поверхность этой площадки контакта можно приближенно представить как прямоугольник площадью ().На поверхности катков возникают контактные напряжения, которые распределяются по эллиптическому закону. Максимальные контактные напряжения возникают (рис. 1) на продольной оси симметрии контактной площадки.

Значение этих контактных напряжений, можно определить по формуле:

Данное выражение является условием контактной прочности (формула Герца).

где - величина нагрузки на единицу длины контактной линии,

где F – сжимающая сила, b – ширина катков.

- приведенный модуль упругости первого рода, который определяется по формуле: ,

где и - модули упругости для материала первого и второго катков соответственно.

- приведенный радиус кривизны, который выражается через мгновенные радиусы кривизны катков и

Жесткость -способность детали сопротивляться изменению формы и размеров (т.е. деформации) под нагрузкой. Показателем жесткости является перемещение (линейное или угловое). Условие жесткости можно записать в виде:

, , ,

где - величина прогиба, - угол поворота в опоре, - угол закручивания, - допустимый прогиб, - допустимый угол поворота, - допустимый угол закручивания (Рис. 1.3. Прогиб вала и угол поворота в опорах).

Износостойкость -способность материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения и в течение заданного промежутка времени.

Теплостойкость – способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы.

Виброустойчивость -способность конструкции работать в диапазоне режимов, исключающих явление резонанса. Вибрация является предвестником резонанса, снижает качество работы машин, вызывает рост напряжений в деталях.

Основной задачей проектирования и конструирования деталей машин является разработка документации, необходимой для изготовления, сборки, испытания и эксплуатации создаваемой конструкции.

К первому этапу относится проектирование, в процессе которого разрабатывается общая конструкция изделия. Далее следует конструирование, включающее детальную разработку всех вопросов, решение которых необходимо для воплощения расчетов в реальную конструкцию. Комплект документов, полученных в результате проектирования и конструирования, называется проектом изделия.

Проектным расчетом называют предварительный, упрощенный расчет основных конструктивных размеров детали по формулам, соответствующим наиболее важным (в каждом конкретном случае) критериям работоспособности, т.е. происходит проектирование детали по известным или назначенным нагрузкам, выбранным материалам, видам обработки и другим нормам. Проектные расчеты основаны на ряде допущений и выполняются как предварительные.

Проверочным расчетом называют определение фактических характеристик детали. Проверочный расчет обеспечивает проверку основных критериев работоспособности детали, т.е. определение фактического значения параметра и сравнение его с допустимым (расчетные напряжения, коэффициенты запаса прочности, температура и т.д.). Проверочный расчет является уточненным, его производят, когда конструктивные размеры детали уже определены из проектного расчета или приняты конструктивно.

Конструированием называют процесс создания детали, механизма или машины в чертежах на основе проектных и проверочных расчетов для получения оптимальной конструкции с наименьшими затратами.

Расчет и конструирование изделий - это единый взаимосвязанный процесс, который базируется на теоретических и практических (экспериментальных) данных о нагружении деталей.

Поиск по сайту: