Глава 1.Прочность.
Первым и самым главным критерием работоспособности деталей является прочность.
Прочностью называется способность материала детали в определенных условиях и пределах воспринимать нагрузки не разрушаясь и без значительных остаточных деформаций.
Расчеты на прочность деталей осуществляют по допускаемым напряжениям и коэффициентам запаса прочности.
В расчетно-конструкторской практике используются две формы расчета деталей на прочность: проектировочная и проверочная.
Целью проектировочного расчета является определение размеров детали. При этом считается, что известна нагрузка и выбран материал детали, а некоторые размеры установлены исходя из конструктивных, технологических или каких-либо других соображений. Этот расчет носит приближенный характер и является предварительным. Приближенность его обусловлена тем, что нагрузки на деталь могут быть определены недостаточно точно, расчетная схема упрощена, а влияние некоторых факторов на прочность детали либо вовсе не учтено, либо учтено весьма приближенно.
Проектировочный расчет деталей машин обычно производится по допускаемым напряжениям. При статических нагрузках предельным напряжением для пластических материалов является предел текучести ?т (?т), для хрупких – предел прочности ?в (?в)
Рис.1.Диаграммы растяжения пластичного (а) и хрупкого (б) материалов
Условие прочности записывается следующим образом:
? ? [?], или ? ? [?],
где ?, ? – наибольшие напряжения, действующие в опасном сечении детали, в зависимости от напряженного состояния; это или нормальное, или касательное напряжение, которые определяются по формулам сопротивления материалов; [?], [?] – допускаемые напряжения, при которых деталь в заданных условиях может надежно выполнять свои функции в течение установленного для нее срока службы.
Для пластичных материалов:
[?]=(?_T?k_d)/([S])
Для хрупких однородных материалов:
[?]=(?_T?k_d)/([S]?k_(S_? ) )
где k_d-масштабный фактор
Эффективный коэффициент концентрации напряжений при статических нагрузках:
k_(S_? )=1+(?_?-1)?q_s;
где ?_? – теоретический коэффициент концентрации напряжений; q_s – коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений при статической нагрузке.
Результаты проектировочного расчета используются при конструировании узла. После завершения конструктивной разработки и уточнения формы и размеров отдельных деталей производится их проверочный расчет на прочность. Необходимость его обусловливается тем, что окончательные размеры и форма деталей могут отличаться от первоначально принятых. Все факторы, влияющие на прочность, учитываются как можно точнее (по этой причине проверочный расчет часто называют уточненным). Расчет сводится к определению запаса прочности S в опасном сечении детали и сопоставлению его с минимально допускаемым [S], причем должно соблюдаться условие S ? [S].
Для пластичных материалов:
S_?=(?_T?k_d)/?_max ?[S]
Для хрупких материалов:
S_?=(?_T?k_d)/(?_max?k_(S_? ) )?[S]
Глава 2.Жесткость.
Вторым , но не менее важным критерием работоспособности механизмов является жесткость. Жесткостью узла называется его способность сопротивляться появлению упругих отжатий под действием нагрузки.
Она может быть определена как отношение силы F( Н) приложенной к узлу в заданном направлении, к упругому отжатию этого узла ? (мм):
j=F/?
На практике зачастую используется понятие податливости. Податливость — величина, обратная жесткости системы. С ростом податливости увеличивается упругой энергии запас, и потому изменение податливости оказывает сильное влияние на кинетику деформации и разрушения.
?=1/j=?/F
Глава 3.Износостойкость.
В результате постепенного изменения поверхностей трения при взаимодействии двух сопряженных деталей происходит износ. Изнашивание представляет собой процесс постепенного уменьшения размеров и изменения формы деталей.
По статистике большинство деталей машин выходит из строя из- за износа. При износе имеют место пластические и упругие деформации, сдвиг, усталостные разрушения. Для большинства деталей наиболее характерен абразивный износ.
Абразивные частицы могут попадать извне в смазку или непосредственно на трущиеся поверхности и разрушать эти поверхности. Кроме того, при относительном перемещении двух поверхностей микровыступы испытывают переменные напряжения, вследствие чего в дальнейшем наступает усталостное разрушение. Появляются микротрещины, что способствует отделению частичек материала. Таким образом, износ при перемещении двух поверхностей сопровождается абразивным износом за счет отделившихся частиц.
