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.