Основные термины и определения

Машины, механизмы, приборы, аппараты, приспособления, инструменты и другие конструкции (изделия) состоят из деталей. При этом под деталью принято называть элемент (часть) конструкции изготовленный из материала одной марки без применения сборочных операций (например - болт, гайка, вал и т. д.).

Совокупность деталей соединенных на предприятии-изготовителе посредством сборочных операций (завинчиванием, сваркой и т. д.) и предназначенных для совместной работы, называют сборочной единицей (узлом). Простейший узел включается как составная часть в более сложный узел, который в свою очередь оказывается узлом изделия, комплекса и т. д. Характерными узлами являются (по мере нарастания сложности) подшипник, узел опоры, редуктор и т. д.

Общие вопросы проектирования деталей и узлов машин.

Детали и узлы машин, как и машины в целом характеризуются: работоспособностью, надежностью, технологичностью, экономичностью, эстетичностью.

Работоспособностью называют состояние деталей, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической документацией (техническими условиями, стандартами и т. д.).

37. ЛИНЕЙНЫЙ КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПРИ МАЛОМ ЧИСЛЕ ИСПЫТАНИЙ.

Неизбежное рассеяние результатов механических испытаний материалов и деталей машин предопределяет применение корреляционного анализа. Повышенная трудоемкость и длительность испытаний при циклических нагрузках обусловливает малое число испытаний. Отличительная особенность корреляционного анализа при малом числе (менее 30) наблюдений (испытаний) заключается в особых методах оценки доверительных границ коэффициентов корреляции, предложенных Фишером.

При ресурсных, в частности усталостных, испытаниях задача упрощается тем, что обычно априорно известна (функциональная зависимость числа циклов нагружений от напряжении в виде

которая может быть приведено к линейной форме логарифмированием

Результаты испытаний оформляются в воде табл. 7, итоговые данные столбцов 3...7 которой служат для последующих вычислений, а столбцов 5...7, 9 - для проверки вычислений, при этом общая сумма столбцов 5, 6 и удвоенной суши столбца 7 должна равняться сумме столбца 9. Таблица

Последующие вычисления производятся по следующим формулам:

, где n - число испытаний,

Коэффициент корреляции

где- смешанный центральный момент первого порядка и Sx, Sy - средние квадратические отклонения,

Коэффициент корреляции может принимать значения в пределах ±1, при этом знак плюс соответствует положительному, а минус - отрицательному наклону прямой.

Значимость оперируемых чисел зависит от требуемой точности определения коэффициента корреляции и от ширины интервала напряжений при испытаниях,так как при малой значимости чисел и интервала напряжений число знаков под корнем последней формулы оказывается недостаточным для вычисления Sy с необходимой точностью.Значимость коэффициента корреляции оценивается его доверительными границами, и если нижняя граница при принятом уровне значимости окажется мала, то не будет достаточных оснований (по результатам испытаний как выборки из гипотетической генеральной совокупности) считать величины x и y связанными линейной корреляцией. Считается целесообразным введение нескольких уровней значимости: линейная корреляционная связь между x и y ставится под сомнение при переходе значения коэффициента корреляции границ, соответствующих уровни значимости 0,05. В этом случае проводятся дополнительные испытания для ее проверки, безоговорочно же эта связь отбрасывается лишь при переходе границ, соответствующих уровни значимости 0,1.

При малом числе испытаний коэффициент корреляции оценивается по преобразованию, введенному Фишером

в этом случае доверительный интервал Z определяется следующим образом

z - a Sz < ½z½< z + a Sz;

где a - коэффициент, характеризующий уровень значимости или доверительную вероятность, определяется по таблицам нормированной функции Лапласа.

По полученным граничным значениям Z определяется по таблицам функции гиперболических тангенсов доверительный интервал коэффициента корреляции и если значение его нижней границы окажется больше значения критической области, определяемой зависимостью

то это и будет свидетельством наличия корреляционной связи между x и y. Подстановка в корреляционное уравнение значений соответствующих величин дает уравнение прямой в логарифмических координатах в виде

x +my = c¢ или с учетом принятых обозначений потенцирование которого дает уравнение кривой усталости в прямоугольных координатах где m - показатель степени уравнения кривой усталости, C - антилогарифм числа c¢ •

Прямые, проведенные слева параллельно прямой, отображающей кривую усталости в логарифмических координатах, на расстоянии 3Sx, например определяют границу значений ограниченных проделов с вероятностью не разрушения 0,9973.

38. МАТЕРИАЛЫ ЗАКЛЕПОК И ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЗАКЛЕПОК.

Заклепки изготовляют из стали, меди, латуни, алюминия и других металлов. Материал заклепок должен обладать пластичностью и не принимать закалки. Высокая пластичность материала облегчает клепку и способствует равномерному распределению нагрузки по заклепкам. При выборе материала для заклепок необходимо стремиться к тому, чтобы температурные коэффициенты линейного расширения заклепок и соединяемых деталей были равны или близкими. В противном случае при колебаниях температуры в соединении появляются температурные напряжения. Особую опасность представляют сочетание разнородных материалов, которые способны образовывать гальванические пары. Гальванические токи быстро разрушают соединение. Такое явление наблюдается в химической промышленности и судостроении. Поэтому для крепления алюминиевых деталей применяют алюминиевые заклепки, для медных — медные.

Допускаемые напряжения для заклепок (табл. 2.1) зависят в основном от характера обработки отверстия (продавленные или сверленные) и характера внешней нагрузки (статическая, динамическая).

Условные обозначения.

Заклепочные соединения обозначают на чертежах по ГОСТ 2.313 — 68. Для указания только размещения заклепок применяют знак +. Размер знака ГОСТ не регламентирует. Знак выполняется тонкой сплошной линией (пересечение центровых линий — изображение головок заклепок).

1 — заклепки с полукруглой, плоской, скругленной головкой и с полукруглой, плоской, скругленной замыкающей головкой.

2 — заклепки с потайной головкой и с полукруглой, плоской, скругленной замыкающей головкой.

3 — заклепки с полупотайной головкой и с полукруглой, плоской, скругленной замыкающей головкой.

4 — заклепки с потайной головкой и с потайной замыкающей головкой.

5 — заклепки с потайной головкой и с полупотайной замыкающей головкой.

6 — специальные заклепки.

39. МАТЕРИАЛЫ И ТЕРМООБРАБОТКА ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЗУБЬЕВ.

Материалы и термообработка. Зубчатые колеса изготовляют из сталей, чугуна и неметаллических материалов. Наибольшее распространение в силовых передачах имеют колеса из сталей Ст-5, Ст-6, 35, 35Л, 40, 40Л и др., которые подвергают, как правило, термообработки для повышения нагрузочной способности.

Колеса малонагруженных передач с неограниченными габаритами подвергают обычной закалке в высоким, до HB 300... 350, отпуском при диаметре колес до 150 мм. Колеса свыше 150 мм должны иметь твердость не менее НВ 200.

Для предотвращения заедания рабочих поверхностей нижний предел твердости шестерни (меньшего колеса) должен быть на 30...50 единиц НВ выше верхнего предела твердости зубчатого колеса.

Колеса высоконагруженных передач в транспортных машинах и передач с ограниченных габаритов должны иметь твердость зубьев более НВ 400 (или не менее HRCэ 40) и более мягкую (вязкую) сердцевину, что получают поверхностной закалкой ТВЧ или ХТО. При обработке ТВЧ толщина слоя составляет до 3,5... 4,0 мм при твердости HRCэ 45... 55.

Основные виды повреждения зубьев — поломка зуба, выкрашивание, износ зубьев, заедание. Для предотвращения поломок увеличивают модуль зубьев, прочность материалов колес.

Эффективным средством предотвращения выкрашивания является увеличение поверхностной твердости и подбор химически не активных смазочных материалов. Аналогичные методы применяют и для предотвращения износа и заедания.

40. МАТЕРИАЛЫ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ.

Материалы для изготовления резьбовых деталей: Ст3, Сталь 10, 20, 45, 35, 30X, 30XГСА, ВТ16. В отдельных случаях применяют сплавы цветных металлов (латунь, бронзу и др.).

При выборе материала учитывают условия работы (температуру, коррозию и т. п.), значение и характер нагрузки (статическая или переменная), способ изготовления и объем производства. Например, стандартные крепежные изделия общего назначения изготовляют из низко- и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10...сталь 35. Эти дешевые стали позволяют изготовлять большие партии болтов, винтов, гаек методом холодной высадки или штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 30X, 30XГСА применяют для высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках, при высоких температурах, в агрессивных средах.

Для повышения прочности, коррозионной стойкости и жаропрочности применяют спец. виды термической и химико-термической обработки, а также нанесение гальванических покрытий (цинковое или кадмиевое хромирование, хромовое или медное покрытие).

Допускаемые напряжения и запасы прочности приводятся в справочниках. Они учитывают точность расчетных формул, характер нагрузки, качество монтажа соединения (контролируемая или неконтролируемая затяжка). При последней запас прочности значительно уменьшают, что связано с возможностью перенапряжения и даже разрушения малых болтов. В тех случаях, когда увеличение массы конструкции, связанное с увеличением диаметра болтов, является неоправданным, применяют контролируемую затяжку.

Контроль затяжки оговаривают спец. техническими условиями и выполняют не только при заводской сборке, но также в эксплуатации и ремонте. Несоблюдение этих условий может привести к аварии. Затяжку можно контролировать методом измерения деформаций болтов или спец. упругих шайб, а также с помощью спец. ключей предельного момента.

41. МАТЕРИАЛЫ ЧЕРВЯЧНЫХ КОЛЕС. КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ВИДЫ ОТКАЗОВ. РАСЧЕТ ДОПУСКАЕМЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ МАТЕРИАЛОВ ЧП.

При высоких скоростях скольжения и неблагоприятных условиях смазывания материалы червяка и колеса должны обладать антифрикционными свойствами, а также повышенным сопротивлением изнашиванию и пониженной склонностью к заеданию.

Червяки изготовляют из углеродистой или легированной термообработанных сталей (сталь 45, 50, 12ХН3А, 20Х, 40Х, 40ХН, 38ХМЮА и др.).

Червячные колеса из бронзы, латуни или чугуна. Обычно червячные колеса делают составными: венец бронзовый или латунный, а центр - из чугуна марок СЧ10, СЧ15 и др.