Критерии работоспособности и надежности деталей машин

Основные понятия и определения. Классификация деталей машин

К основным понятиям курса «Детали машин» относятся понятия: механизм, машина, деталь, узел.

Механизмом называют систему тел, предназначенную для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других тел.

Машиной называют механизм или систему механизмов, которые служат для облегчения физического или умственного труда человека и повышению его производительности

Различают:

- машины двигатели (электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания и т.д.);

- машины генераторы (компрессоры, динамо-машины и т.д.);

- машины орудия (транспортеры, краны, станки, прессы и т.д.);

- информационные машины (механические интеграторы, бухгалтерские ма-шины, компьютеры и т.д.).

Деталью называют часть машины, изготовленную без применения сборочных операций (болт, зубчатое колесо и др.)

Узел – крупная сборочная единица (коробка передач, муфта, редуктор и т.д.).

Детали и узлы бывают:

- общего назначения, встречающиеся почти во всех механизмах (болты, валы, зубчатые колеса, муфты и т.д.)

- специального назначения, встречающиеся только в одном или нескольких типах машин (поршни, шатуны, коленчатые валы и др.).

Классификация деталей машин.

Все детали и узлы общего назначения делятся на три основные группы:

- соединительные детали, которые могут быть разъемные (резьбовые) и не разъемные (заклепочные, сварные);

- передачи вращательного движения (зубчатые, червячные, ременные);

- детали и узлы, обслуживающие передачи (валы, муфты, подшипники).

Работоспособность деталей оценивается рядом критериев. К ним относятся:

- прочность;

- жесткость;

- износостойкость;

- виброустойчивость;

- теплостойкость.

Прочность – способность деталей сопротивляться разрушению или возникновению пластических деформаций под действием приложенных к ней нагрузок.

Расчеты на прочность изучаются в курсе «Сопротивление материалов». Первостепенное значение при этом имеет правильное определение допускаемых нормальных [σ] или касательных [τ] напряжений, которые зависят от выбранного материала, способа получения заготовки (ковка, литье и др.), термообработки, степени ответственности детали, режима ее работы, конфигурации деталей и ее размеров.

Условие прочности детали при растяжении или сжатии, например, заключается в том, что наибольшее рабочее напряжение σ в элементе конструкции не должно превосходить допускаемого напряжения [σ].

σ = , (4.1)

где N – продольная сила в сечении детали;

F – площадь поперечного сечения;

[σ] – допускаемое напряжение, определяемое по формуле

[σ] = , (4.2)

где N _пред – предельная продольная нагрузка в сечении;

[ n ] − допускаемый коэффициент запаса прочности, которыйрекомендуется определять по формуле:

[ n ] = [ n₁ ] · [ n₂ ] · [ n₃ ] (4.3)

где, [ n₁ ] – коэффициент, учитывающий точность определения действующих на деталь нагрузок и возникающих в ней напряжений. Рекомендуется:

- при точных методах расчета n₁ = 1;

- при расчетах средней точности n₁ = 1,2 ÷1,6.

[ n₂ ] – коэффициент, учитывающий однородность материала деталей, принимают: - для стальных деталей из поковки и проката n₂ = 1,2 ÷1,5.

- для деталей из стального литья n₂ = 1,5÷1,8.

- для деталей из чугунного литья n₂ = 1,5÷2,5

[ n₃ ] – коэффициент безопасности детали [ n₃ ]= 1-1,5

Жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой. Нормы жесткости устанавливают на основе обобщения опыта эксплуатации машин. Они приводятся в справочной литературе.

Износостойкость – способность деталей сохранять необходимые размеры трущихся поверхностей в течение заданного срока службы.

Она зависит от свойства выбранного материала, термообработки, шероховатости поверхности, величины давления и контактных напряжений, скорости скольжения и условий смазки и т.д.

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

Виброустойчивость – способность конструкции работать в нужном диапазоне режимов, достаточно далеком от области резонансов.

Соблюдение указанных критериев обеспечивает надежность конструкции, под которой понимают свойство изделий выполнять свои функции с сохранением эксплуатационных показателей в течение требуемого промежутка времени. Она оценивается в числе часов работы, километрах пробега или в числе отказов. Нужно помнить что, чем больше элементов имеет устройство, тем меньше его надежность.

Надежность детали машины зависит от качества их изготовления и от соответствия режимов их работы условиям, принятым при расчетах и проектировке.

Одной из основных характеристик надежности машины и их деталей является вероятность безотказной работы.

, (4.4)

где, P(t) – вероятность безотказной работы машины (детали) до момента времени или конца наработки t;

N(t) – число машин (деталей) отказавших к моменту времени или концу наработки t;

N − число машин (деталей) подвергнутых испытанию.