71662

Основы расчета и проектирования деталей машин

Лекция

Производство и промышленные технологии

Статические нагрузки - значение направление и место приложения которых остаются постоянными. Динамические нагрузки - характеризуются быстрым изменением во времени их значения направления и места приложения. Например нагрузки на зубья зубчатых колес.

Русский

2014-11-10

443 KB

2 чел.

Лекция 18 Основы расчета и проектирования деталей машин

Деталь – изделие, изготовленное из однородного материала, без применения сборочных операций.

Машиной называется механическое устройство, выполняющее движение для преобразования энергии, материала и информации с целью облегчения труда человека.

  1.  Виды нагрузок, действующих на детали машин

Рабочая нагрузка воспринимается деталью или узлом в процессе эксплуатации машины.

Статические нагрузки – значение, направление и место приложения которых остаются постоянными. Например: сила тяжести изделия, давление газа или жидкости в трубах и емкостях, сила затяжки болта.

Динамические нагрузки – характеризуются быстрым изменением во времени их значения, направления и места приложения. Например, нагрузки на зубья зубчатых колес.

Номинальная нагрузка – нагрузка, выбираемая из числа действующих в установившемся режиме рабочих нагрузок. В качестве номинальной нагрузки предпочтительно принимать максимальную или наиболее длительно действующую нагрузку.

Рис.1 Законы изменения нагрузки машин

Переменные нагрузки обычно задают в виде графиков (рис.1 I). На рисунке показан закон изменения нагрузки F и частоты вращения детали n (мин-1) за некоторый повторяющийся период времени tc. Число таких периодов за полный срок службы суммируется. Плавное изменение нагрузки приближенно заменяется вписанными прямоугольниками со сторонами  и . Поэтому закон изменения нагрузки можно представить в виде зависимости постоянных участков нагрузки в порядке убывания от числа циклов (рис.1 II).

Рассматриваемый метод применим к любому виду нагрузки. ; где n – частота вращения об/мин, tΣ  - суммарное время работы передачи, в часах;  ; где T – срок службы механизма в годах, D – число рабочих дней в году; С – число смен, tс – продолжительность работы за смену в часах.

Заданную переменную нагрузку можно заменить постоянной, равноценной по повреждающему действию на деталь за тот же период времени. Такую нагрузку называют расчетной.

  1.  Основные критерии работоспособности деталей машин

Работоспособностью называют такое состояние детали, при котором она способна нормально функционировать с параметрами, установленными нормативно-технической документацией (стандартами, техническими условиями и т.д.)

Прочность – основной критерий работоспособности. Он оценивает способность детали сопротивляться разрушению или пластической деформации под действием приложенных к нему нагрузок.

Основной метод расчета деталей на прочность – расчет по опасной точке (расчет по допускаемым напряжениям). В этом случае условием прочности считается достижение предельного напряжения хотя бы в одной точке конструкции. При статическом нагружении оно имеет вид:  ; где ; σ – расчетное напряжение; n – действительный коэффициент запаса (расчетный) прочности;  – требуемый (допустимый) коэффициент запаса прочности.

Это условие прочности используется в виде  ; где  – допустимое напряжение.

При расчетах на кручение (при чистом сдвиге) и при условных расчетах на срез обычно известны предельные значения касательных напряжений τпред. τкр τср. и условие прочности записывают в виде:  или

Требуемый коэффициент запаса прочности зависит от ряда факторов, основные из которых следующие: точность методов расчета, правильность учета нагрузок и характера их приложения, степень ответственности детали, свойства и качество материала детали.

Циклическая прочность. Переменные нагрузки.

До сих пор мы предполагали, что нагрузка является постоянной или медленно возрастает с течением времени. Такие нагрузки называются статическими. В действительных условиях возникают переменные нагрузки, которые быстро изменяются по величине и направлению.

Рассмотрим стержень, нагруженный до напряжения σmax, и разгрузим его до нуля. Кривая σ – ε при разгрузке не совпадет с кривой при нагрузке рис.2. Новая кривая оказывается сдвинутой в сторону больших значений деформаций.

Рис.2 Кривая нагружений стержня

Если после разгрузки стержень вновь нагрузить получится новая кривая, сдвинутая в направлении увеличения деформаций. Это явление называется упругим гистерезисом. Это явление более заметно при знакопеременных нагрузках. В этом случае кривая σ – ε описывает петлю, называемую петлей гистерезиса рис.3 площадь этой кривой численно равна работе затрачиваемой на преодоление межмолекулярного трения и преобразуется в теплоту.

Рис.3 Кривая упругого гистерезиса

Усталость. Разрушение от усталости.

Напряжение, приводящее к разрушению при статической нагрузке, называется статическим пределом прочности σпр, а само разрушение статическим разрушением.

Разрушение, вызванное повторяющейся нагрузкой, называется разрушением от усталости. Усталость рассматривается как результат расшатывания материала в зоне приложения переменной нагрузки. Под переменной нагрузкой понимается такая нагрузка, которая колеблется между двумя постоянными значениями в определенном ритме. При этом напряжение в материале меняет свою величину от наибольшего до наименьшего значения. Такая смена напряжений называется циклом напряжений.

Наибольшее напряжение цикла называется верхним предельным напряжением, наименьшее – нижним предельным напряжением. Полу сумма верхнего и нижнего напряжений называется средним напряжением цикла, а полу разность амплитудой цикла.

Результат испытания на усталость изображается кривой Вёлера рис.4. С увеличением числа циклов кривая асимптотически приближается к прямой параллельной оси абсцисс и соответствующей некоторой предельной амплитуде. Это показывает, что материал при амплитудах меньших предельной может выдержать любое число циклов. При симметричном цикле амплитуда равна нулю и в этом случае говорят о пределе выносливости при симметричном цикле σ0 τ0

Рис.4 Кривая Велера

Диаграммы выносливости строятся на основе эксперимента для каждого вида нагрузки (сжатие, изгиб, кручение)

Для углеродистых и легированных сталей отношение предела выносливости при симметричном цикле к статическому пределу прочности колеблется в зависимости от формы деталей в пределах от 0,35 до 0,7.

Контактная усталость. Контактные напряжения возникают при прижатии двух деталей друг к другу, когда размеры площадки контакта малы по сравнению с размерами детали. Под нагрузкой, отдельные точки поверхностей периодически нагружаются и разгружаются. Длительно действующие переменные контактные напряжения вызывают усталость активных поверхностей детали. На поверхности образуются микротрещины с последующим выкрашиванием частиц металла. Такой вид разрушения называется усталостным выкрашиванием или контактной усталостью.

Жесткость. Упругие перемещения, возникающие в деталях машин под действием рабочих нагрузок, не должны превышать допустимых значений, определяемых назначением и условиями работы конструкции. Способность детали сопротивляться изменению форм и размеров под действием сил называется жесткостью. Расчеты, в основу которых положено условие ограничение упругих упругих перемещений, называют расчетами на жесткость.

Износостойкость. Под износостойкостью понимают способность деталей сопротивляться изнашиванию. Изнашивание – это процесс разрушения поверхностных слоев при трении, приводящий к постепенному изменению размеров, формы и состояния поверхности детали.

Основные виды изнашивания: механическое – результат механических процессов, таких как срез и пластические деформации микронеровносией при относительном перемещении сопряженных поверхностей; коррозионно – механическое изнашивание – результат удаления продуктов коррозии и защитных окислов механическим воздействием.

Изнашивание – процесс, связанный с трением. Трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающему между сопряженными деталями. Трение разделяют по характеру движения на трение скольжения и трение качения. В свою очередь они делятся на сухое трение, вязкое (жидкое) и полужидкое рис.2 (а,б,в). Сухое трение. (Трение без смазки) При относительном сдвиге соприкасающихся поверхностей идет преодоление сил межмолекулярного взаимодействия (сцепления) и упругопластические деформации и частичное разрушение неровностей поверхности. Этот вид трения характерен для резьбовых соединений, ременных и фрикционных передач, сцепных муфт и тормозов. Работа при этом виде трения сопряжена с интенсивным изнашиванием и заеданием рабочих поверхностей деталей.

Вязкое (жидкостное) трение – трение, при котором зоны сопряжения поверхностей разделены слоем смазочного материала, толщина которого превышает сумму высот их неровностей. Нагрузку несет слой масла, а сопротивление перемещению определяется трением между слоями жидкости, обусловленным ее вязкостью. Это наиболее выгодный режим скольжения, характеризующийся отсутствием изнашивания и низким коэффициентом трения 0,01 – 0,001.

Полужидкое трение наблюдается, когда смазывающий слой сопоставим по размерам с размером неровностей. Этот режим преобладает в механизмах, работающих с небольшими скоростями.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2251. Сервисный центр по ремонту и обслуживанию офисной техники с использованием средств Microsoft Access 991.23 KB
  Описание бизнес-процесса при помощи методологии структурного анализа и проектирования (SADT). Создание форм с помощью конструктора. Структура таблицы и типы данных.
2252. Мероприятие: В стране невыученных уроков 19.84 KB
  Внеклассное мероприятие посвященное ко дню учителя, отображающее учеников которые не хотят учить уроки.
2253. Экономическая теория прав собственности 16.42 KB
  Современная экономическая теория получила развитие направление называемое неоинституционализм. Одним из важнейших направлений этого подхода является экономическая теория прав собственности. У истоков стоял такой известнейший экономист Рональд Коуз.
2254. Экономическое право 17.74 KB
  Право собственности на природные ресурсы. Право природного пользования. Правовые формы использования природных ресурсов.
2255. Строительная механика. Специальный курс. Применение метода граничных элементов 6.82 MB
  В учебном пособии изложен новый метод расчета статически определимых и статически неопределимых стержневых и пластинчатых систем на статические и динамические нагрузки, а также на устойчивость. Приведено большое количество характерных типовых задач и примеров с краткими указаниями к их решению. Значительное место уделено математической постановке задач и их решению с помощью персональных компьютеров.
2256. Гласные звуки. Деление слова на слоги. Слогообразующая роль гласных звуков 18.21 KB
  Цели: познакомить учащихся с понятием слог, научить детей делить слова на слоги, развивать речь, внимание, память, воспитывать трудолюбие, аккуратность в работе.
2257. День делового человека 19.55 KB
  Tasks: совершенствование навыков поискового чтения, активизация лексических навыков, развитие навыков постановки вопросов.
2258. Господарське право та господарське законодавство 17.96 KB
  Метою вивчення теми є розуміння студентами місця господарського права серед галузей права України, а також розуміння ними системи та специфіки господарського законодавства України.
2259. Повторяем грамматику. Местоимение 21.26 KB
  TASKS: повторение грамматического материала, контроль орфографических и лексических навыков, контроль навыков диалогической и монологической речи.