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

3393. База данных Аэропорт 596 KB
  Введение Программное обеспечение для работы с базами данных используется на персональных компьютерах уже довольно давно. К сожалению, эти программы либо были элементарными диспетчерами хранения данных и не имели средств разработки прил...
3394. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 3.69 MB
  Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, изучающих курсы "Режимы работы основного оборудования" электрический станций и выполняющие дипломные, курсовые и УИР, связанные с вопросами использования оборудования ТЭС в переменных режимах работы...
3395. Особенности русской философии 46.05 KB
  Введение Главная задача философии заключается в том, чтобы разработать теорию о мире как едином целом, которая бы опиралась на все многообразие опыта. Философия порой понимается...
3396. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗБОРКИ 290 KB
  ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗБОРКИ При выполнении лабораторной работы студенты изучают устройство машины или узла. Определяют основные движения в машине и оценивают наиболее изнашиваемые детали. Приобретают навыки составления технологич...
3397. Особенности построения и функционирования финансовой системы государства 442 KB
  Введение Финансовая система государства является одним из составных элементов микросистем, и ее существование объективно обусловлено наличием товарно-денежных отношений. Если рассматривать ее в широком смысле слова, то она включает в себя и денежно-...
3398. Создание конкурентоспособного предприятия по техническому обслуживанию, диагностике и ремонту топливной аппаратуры дизельных автомобилей 888.5 KB
  Введение Автомобильный транспорт является наиболее массовым  и удобным видом транспорта, особенно эффективным и удобным при перевозке грузов и пассажиров на относительно небольшие расстояния. Он обладает большой маневренностью, хорошей проходим...
3399. Автоматизации электроприводов в производственном прцессе 104.36 KB
  Выполним расчет пусковых сопротивлений выполним графическим способом, для нормального режима пуска. Графический способ расчёта пусковых сопротивлений для двигателей постоянного тока параллельного возбуждения базируется на следующих положениях
3400. Философия Л. Н. Толстого Непротивление злу силой 19.44 KB
  Гениальный писатель и глубокий мыслитель Л.Н. Толстой занимает важное место в русской философии второй половины XIX в. В центре его религиозно-философских исканий стоят вопросы понимания Бога, смысла жизни, соотношения добра и зла, свободы и нравств...
3401. Система приточно-вытяжной вентиляции для цеха по производству гранулированной серы на Астраханском газоперерабатывающем заводе 792 KB
  Дипломный проект на тему. Система приточно-вытяжной вентиляции для цеха по производству гранулированной серы на Астраханском газоперерабатывающем заводе, выполненный Лебедевой О. А. в 2006 г., состоит из текстовой документации - пояснительной ...