Вимоги, які ставлять до конструкції деталей машин

Машинобудування забезпечує своєю продукцією всі галузі народного господарства. Від призначення машини залежать і вимоги, які ставлять до неї.

Досконалість конструкції деталей машин оцінюють за їх р о б о т о здатністю і економічністю. Роботоздатність виробу забезпечується його надійністю, тобто властивістю виконувати задані функ-

ції, зберігаючи свої експлуатаційні показники в заданих межах протягом потрібного проміжку часу або потрібного наробітку (тобто тривалості або обсягу роботи). Надійність виробу залежить від його безвідмовності, дов-

говічності частин, ремонтопридатності і зберігання.

Основними критеріями роботоздатності є міцність (статична, втомленісна і контактна), жорсткість, стійкість проти спрацювання і теплостійкість при виконанні робочих функцій протягом заданого строку. Щоб забезпечити ці критерії роботоздатності, треба в процесі проектування деталей машин виконувати відповідні перевірні розрахунки.

Міцність — основний критерій роботоздатності для більшості деталей машин. Деталь не повинна руйнуватися, бо поломки призводять не тільки до матеріального збитку, а й до нещасних випадків. Недопустимі також значні залишкові деформації деталей.

Розміри деталей залежать від величини і характеру діючого навантаження, а також від умов роботи. В розрахунках на міцність особливу увагу приділяють допустимим напругам і вибору запасів міцності.

Жорсткість деталей — це їх здатність чинити опір зміні форми і розмірів під дією навантажень. Для різних деталей, наприклад валів, установлено норми жорсткості, які забезпечують задовільну роботу підшипників і деталей передач.

Стійкість проти спрацювання — властивість матеріалу чинити опір спрацюванню. Якщо деталі спрацюються, їх міцність може зменшитись внаслідок зменшення перерізів і збільшення динамічних навантажень; можливе також повне механічне спрацювання (наприклад,робочих органів землерийних машин), зростання шуму (у швидкохідних транспортних і технологічних машинах). Стійкість проти спрацювання деталей забезпечується підвищенням твердості, вибором оптимальних параметрів шорсткості поверхні, захистом від забруднення і подаванням мастила до тертьових поверхонь. Стійкість проти спрацювання підшипників ковзання значно підвищується, якщо забезпечено режим рідинного тертя.

Економічність виробів визначається їх вартістю і експлуатацій- ними витратами. Тому основними вимогами до виробів з точки зору економічності є: найменша витрата матеріалу, застосування недефіцитних матеріалів, технологічність конструкції, високий механічний ККД,найменші габаритні розміри, відповідність стандартам і малі затрати під мас експлуатації.

Крім поломок, робочі поверхні деталей іноді руйнуються внаслідок так званих контактних напруг. Контактними називають напруги, які виникають у місці дотикання двох деталей, коли площі дотикання малі порівняно з розмірами деталі. При статичному характері навантаження контактні напруги, які перевищують допустимі значення, призводять до виникнення на поверхні деталей вм'ятин і тріщин.

При контакті ділянок деталей, які перекочуються одна по одній, кожна точка їх поверхні навантажується лише в період проходження зони контакту. Внаслідок цього виникають змінні контактні напруги, які спричинюють спрацювання від втомленості, тобто виникнення тріщин і відокремлення (відшарування і викришування) частинок матеріалу деталі.

Якщо деталі працюють у маслі, то воно проникає в тріщини. У зоні контакту тріщини закриваються і масло в них зазнає високого тиску, що сприяє збільшенню тріщин. Так повторюється доти, поки частинки металу, які закривають тріщину,не викришаться. Викришування не буде, якщо контактні напруги не перевищують допустимих, установлених практикою.

Контакт дотичних деталей може бути або точковим (наприклад, дві кулі, куля і площина), або лінійним (наприклад, два циліндри з паралельними осями). На рис. 27.1 показано приклад дотикання двох циліндрів з паралельними осями. До прикладання навантаження вони дотикалися по лінії. Під навантаженням дотичні частини циліндрів деформуються і лінійний контакт переходить у контакт по вузькій площадці.

Максимальні нормальні контактні напруги, які виникають при цьому,для тіл з сталі та інших матеріалів з коефіцієнтом Пуассона ν = 0,3 обчислюють за формулою Герца (1857—1894, німецький учений):

σH = 0.418

Тут q — питоме навантаження; Eзв — зведений модуль пружності;

Езв = 2Е1*Е2/(Е1 + Е2), де Е1 і E2 — модулі пружності матеріалу циліндрів; ρзв — зведений радіус кривизни:

1/ρзв = (1/ρі)±(1/ρ2), (27.1)

де ρ1 і ρ2 — радіуси циліндрів.

Знак мінус у формулі (27.1) беруть тоді, коли поверхня одного з циліндрів угнута.

Теплостійкість — це здатність деталей зберігати міцність під час роботи в умовах високих температур. Деталі можуть нагріватися внаслідок припливу тепла ззовні або за рахунок виділення тепла внаслідок тертя в кінетичних парах механізмів. Теплостійкість підвищують,застосовуючи спеціальні матеріали, відведення тепла за допомогою масла, а також застосовуючи повітряне або водяне охолодження.

Розміри деталей визначають з урахуванням згаданих вимог відповідно до проектних розрахунків. Іноді розміри деталей визначають конструктивно або керуючись практичними рекомендаціями.

Роботоздатність деталей у цих випадках оцінюють за результатами п е- ревірених розрахунків.