Файл: 10. Детали машин Классификация деталей машин.docx

 Теплостойкостьюназывают способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы. Тепловыделение, связанное с рабочим процессом, имеет место в тепло­вых двигателях, электрических машинах, литейных машинах и в машинах для горячей обработки материалов. Особенно большое тепловыделение наблюдается у тепловых двигателей (ДВС, ДЛА, ракеты), электрических машин, машин для горячей обработки материалов (молоты, штампы кузнечные, прокатные станы). Перегрев деталей во время работы – явление вредное и опасное, так как при этом снижаются их прочность и жесткость, ухудшаются свойства смазки, а уменьшение зазоров в подвижных соединениях приводит к заклиниванию и поломке.

Для обеспечения нормального теплового режима работы конструкции производят тепловые расчеты (расчеты червячных передач, подшипники скольжения и др.) и при необходимости вносят конструктивные изменения (например, применяют охлаждение).

Стойкость к старению – способность деталей машин сопротивляться повреждению материала в связи изменением структуры и свойств, появлением хрупкости.

Кроме обычных видов разрушения деталей (поломок), наблюдаются случаи, когда под действием нагрузок, прижимающих две детали одну к другой, возникают местные напряжения и деформации. Разрушения деталей в этом случае вызывают контактные напряжения. Контактные напряжения возникают при взаимном нажатии двух соприкасающихся тел, когда их первоначальный контакт был в точке или по линии (сжатие двух шаров, двух цилиндров и т.п.). Эти напряжения имеют местный характер и весьма быстро убывают по мере удаления от зоны соприкосновения тел, поэтому они не влияют на общую прочность.



Рис. 10.1 Расчетная схема для определения контактного напряжения

       

Приведем без вывода расчетные формулы для определения контактных напряжений, обычно называемые формулами Герца. В случае первоначального контакта по линии (два цилиндра с параллельными осями, цилиндр и плоскость)



Здесь

---

где Е_пр и ρ_пр — приведенные модуль упругости и радиус кривизны; Е₁, Е₂ — модули упругости цилиндров; ρ₁, ρ₂— радиусы кривизны в точках контакта. При контакте цилиндра с плоскостью ρ₂=∞. Знак минус в формуле (3) принимают в случае, когда поверхность одного из цилиндров вогнутая (внутренний контакт). В случае первоначального контакта в точке (два шара, шар и плоскость)



где Е_пр и ρ_пр  — приведенные модуль упругости и радиус кривизны, которые соответственно определяются по (2) и (3).

Трение и изнашивание в машинах

С трением связана одна из самых острых проблем современности — изнашивание машин и механизмов. Большинство машин (85–90%) выходит из строя из-за изнашивания деталей. Основные понятия, связанные с трением и сопутствующими ему явлениями определены в государственном стандарте (ГОСТ 23002-78).

Изнашивание — процесс разрушения и отделения материала с поверх­ности твердого тела, проявляющейся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

Износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения.

Смазочный материал — материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивности изнашивания.

Смазка — действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшается сила трения и (или) интенсив­ность изнашивания.

Смазывание — подведение смазочного материала к поверхности трения.

Трение(внешнее трение) − сопротивление относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зоне соприкосновения поверхностей по касательной к ним и сопровождаемое рассеянием энергии. 

Трение покоя — трение двух тел при микроперемещениях до перехода к относительному движению.

Трение движения

---

 — трение двух тел, находящихся в относительном движении.

Трение без смазочного материала — трение двух тел при отсутствии на поверхности трения введенного смазочного материала любого вида.

Трение скольжения — трение движения двух соприкасающихся твердых тел, при котором их скорости в точках касания различны по значению и направлению.

Трение качения — трение движения двух твердых тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по значению и направлению.

Сила трения— сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, направленной по касательной к общей границе между этими телами.

Скорость скольжения — разность скоростей тел в точках касания при скольжении.

Коэффициент трения— отношение силы трения двух тел к нормаль­ной силе, прижимающей эти тела одно к другому.

Сила трения количественно характеризует трение контактирующих тел. Сила трения, как и всякая сила − вектор и при движении направлена противоположно скорости тангенциально к общей границе.

По характеру относительного движения различают трение покоя (до перехода к относительному движению) и трение движения − скольжения или качения (рис.14).



Рис.10.2. Силы трения:  а − скольжения, б − качения

 

Силы трения сильно отличаются при отсутствии или наличии между телами смазочного материала − либо вязкой жидкости, предварительно помещённой между телами, либо газа, подаваемого в зону контакта под давлением. Смазочный материал производит смазку − действие, состоящее в уменьшении силы трения и износа за счёт разделения поверхностей трения.

 



Рис.10.3. Виды трения:  а − сухое, б − со смазкой

 

Смазочный материал разделяет контактирующие поверхности (рис. 15, 

---

б).

Действие смазочного материала, состоящее в уменьшении силы трения и износа называют смазкой.

Силу сухого трения скольжения находят по закону Амонтона-Кулона: F_T=f∙F_N, где f − коэффициент трения, F_N − сила нормального давления.

Трение качения, хотя и существенно ниже, но всё же существует, потому, что реальные тела не абсолютно твёрдые, а деформируются и возникает не точка, а площадка контакта (рис. 14, б). В этой площадке − зоне контакта возникает реактивный момент, препятствующий качению.

Для качения катка нужна движущая сила F_д. Точка приложения реакции F₁₂ смещена вперёд, в сторону качения на расстояние k_T, которую и называют коэффициентом трения качения. Нетрудно догадаться, что этот коэффициент имеет размерность длины.

Из уравнения равновесия моментов всех сил относительно "точки контакта" B следует, что F_д∙R = F₁₂∙k_T, а момент сил трения качения М_Т  = F₁₂∙k_T.

Величина коэффициента трения качения фактически характеризует деформируемость колеса и опорной поверхности.

Для наглядности анализа движения систем с трением вводятся понятия угла трения и конуса трения.

 



Рис. 10.4. Угол, конус и круг трения

 

Рис.16,а наглядно показывает, что внешняя сила может сдвинуть тело только если находится вне конуса трения. И наоборот − никакая сила, приложенная внутри конуса трения не сможет преодолеть силу трения и сдвинуть тело.

- усталостное– проявляется в отслаива­нии отдельных частиц металла с увеличением числа циклов нагружений и проявляется в наибольшей мере на отстающей поверхности (ножка зуба в зубчатой передаче, дорожка качения внутреннего кольца подшипника качения) и представляет значительную опасность при поверхностном упрочнении (азотирование, цементация и др.), поскольку в результате развития трещин под упрочненным слоем с поверхности трения отделяются крупные частицы металла. Для предотвращения 

---

усталостного выкрашивания проводится расчет с целью оценки величины контактных напряжений (оценка контактной прочности).

Вопросы для самопроверки

- Что следует понимать под деталью машины? Какие детали называют общего назначения?

- Что такое деталь, узел, агрегат (блок), комплект, машина , комплекс?

- Какие основные требования предъявляют к машинам и их деталям?

- Какие детали машин общего назначения вы знаете?

- Какая разница между прочностью и жесткостью деталей?

- Какие основные требования предъявляют к машинам и их деталям?

- Какие решения обеспечивает технологичность конструкции?

- Как влияет выбор материала и способ получения заготовки на экономичность машины?

- Какие виды изнашивания деталей машин существуют и как их предотвратить?

- В каких случаях категория «виброустойчивость» имеет особо важное значение?

- Дайте определение категории «надежность».

- Какие критерии обеспечивают безотказное функционирование машин?

- Каковы основные критерии работоспособности и расчета деталей машин?

- Каково различие между проектировочным и проверочным расчетами?

- Что такое работоспособность, прочность, жесткость, износо-тепло-вибро-коррозионная устойчивость, стойкость к старению?

- В чем суть процесса проектирования?

- Какие стадии и какова последовательность процесса проектирования?

- Какие документы являются результатом конструирования ?

- В чём заключается общее условие прочности деталей машин ?

- Что такое износ? Укажите пути уменьшения изнашивания трущихся де­талей?

- Что произойдет с деталью, если в процессе работы температура будет выше предельно допустимой?

- Какие силы действуют в механизмах и машинах?

- Какие виды трения существуют в механизмах и машинах?

- Какова роль смазочного материала при трении деталей?

- Как вычисляют силы трения при скольжении и качении?

- Каковы функции смазки по снижению и повышению коэффициента трения между сопрягаемыми деталями; где это используется?

- Какова «механика» возникновения питтинга у деталей?

- Для чего используют угол и конус трения?

- Какие меры применяются для повышения износостойкости?

- Какие машины относятся к установкам циклического действия?

- Что такое стандартизация и унификация в машиностроении?

- Из каких элементов геометрических форм преимущественно составляются детали машин и почему?

---