32. Критерии работоспособности и расчета деталей машин. Прочность, жесткость 33. Критерии работоспособности и расчета деталей машин. Износостойкость, теплостойкость. Виброустойчивость.

Основные направления повышения прочности изделия.

1. Следует избегать действия изгибных напряжений. Конст­руировать следует так, чтобы материал работал на сжатие или рас­тяжение. Например, мосты конструируют в виде ферм, а не как балки, опертые по краям.

2. Выбирать рациональную форму. Для избежания высоких значений напряжений изгиба сосуды высокого давления выполняют сферическими, а не призматическими.

3. Оптимизировать форму с целью ликвидации концентрато­ров напряжений. Так, только за счет оптимизации формы прочность коленчатого вала по сопротивлению усталости удалось повысить в 3 раза.

4. Создавать в деталях начальные напряжения обратного зна­ка, в частности механическим или термическим поверхностным уп­рочнением.

Жесткость - способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой. Роль этого критерия работоспо­собности возрастает в связи с тем, что прочностные характеристики материалов (например, сталей) постоянно улучшаются, что позволя­ет уменьшить размеры деталей, а упругие характеристики (модуль уп­ругости) при этом не изменяются

Различная жесткость деталей соединения меняет распределение нагрузки между отдельными элементами. В большинстве случаев основным критерием расчета валов является жесткость, а не прочность. Варьируя жесткость отдельных элемен­тов механической системы, можно выйти из области резонанса.

Мероприятия по повышению жесткости.

1. Рациональное расположе­ние опор. Расположение опор на расстоянии 0,223l от концов уменьшает максимальный прогиб l балки под действием силы тяже­сти в 48 раз.

2. Применение материалов с высоким модулем упругости: сталей, чугунов с шаровидным графитом.

3. Выбор рациональной формы сече­ния. Жесткость двутавра, равновеликого круглому цилиндрическому брусу, выше в 26 раз.

4. Повышение контактной жесткости в подвижных сопряже­ниях пригонкой и уменьшением волнистости и шероховатости по­верхностей, предварительным натягом.

Износостойкость - свойство материала оказывать сопротив­ление изнашиванию. Под изнашиванием понимают процесс разру­шения и отделения вследствие трения материала с поверхности твердого тела, проявляющийся в постепенном изменении размеров или формы.

Износостойкость зависит от физико-механических свойств ма­териала, термообработки и шероховатости поверхностей, от значе­ний давлений или контактных напряжений, скорости скольжения, наличия смазочного материала, режима работы и т.д.

Износ (результат изнашивания) изменяет характер сопряже­ния, увеличивает зазоры в подвижных соединениях, вызывает шум, уменьшает толщину покрытия, снижает прочность деталей.

Износ можно уменьшить, если разделить трущиеся детали смазочным ма­териалом.

Мероприятия по уменьшению изнашивания:

1. Следует избегать применения открытых поверхностей тре­ния, подверженных абразивному воздействию

2. Совершенствование уплотнительных устройств. Введение лабиринтных уплотнений подшипников увеличило их ресурс в ро­ликах конвейеров в 3 - 4 раза.

3. Обеспечение равномерного распределения давления по по­верхности; повышение поверхностной твердости (закалка снижает износ в 2 раза).

4. Обеспечение совершенного трения (гидродинамического, гидростатического, трения качения).

5. Замена внешнего трения внутренним. При малых перемеще­ниях применяют резинометаллические шарниры, в которых резино­вая втулка привулканизирована к металлическим трубкам или зака­тана между ними.

Теплостойкость - способность конструкции работать в пре­делах заданных температур в течение заданного срока службы. Нагрев деталей в процессе работы машины приводит к:

1. Снижению механических характеристик материала и к появ­лению пластических деформаций - ползучести.

2. Уменьшению зазоров в подвижных сопряжениях деталей и, как следствие, схватыванию, заеданию, заклиниванию.

3. Снижению вязкости масла и несущей способности масляных пленок. С повышением температуры вязкость минеральных нефтя­ных масел снижается по кубической параболе - очень резко.

С целью повышения теплоотдачи предусмат­ривают охлаждающие ребра, принудительное охлаждение или уве­личивают размеры корпуса.

Виброустойчивость - способность конструкции работать в диапазоне режимов, достаточно далеких от области резонанса. Вибрации снижают качество работы машин, увеличивают шум, вы­зывают дополнительные напряжения в деталях. Особенно опасны резонансные колебания.

Расчеты на виброустойчивость выполняют для машины в це­лом. Они сводятся к определению частот собственных колебаний механической системы и обеспечению их несовпадения с частотой вынужденных колебаний.

К устройствам для снижения колебаний относят маховики, упругодемпфирующие элементы и демпферы, рассеивающие энер­гию колебаний.