1 Основные требования производства

1 Основные требования производства , предъявляемые к современным машинам.

В соответствии с современными тенденциями к большинству проектируемых

машин предъявляют следующие общие требования:

высокая производительность;

экономичность изготовления и эксплуатации;

необходимые точность, надежность и долговечность;

удобство и безопасность обслуживания;

транспортабельность;

соответствие внешнего вида требованиям технической эстетики.

Одним из главных требований, предъявляемых к машинам и их деталям,

является технологичность конструкции, которая существенно влияет

на стоимость машины.

Технологичной называют такую конструкцию, которая характерна

наименьшими затратами при производстве, эксплуатации и ремонте.

Технологичность конструкции характеризуется:

1) применением в машине деталей с минимальной механической обработкой.

С этой целью широко используют штамповку, точное литье,

фасонный прокат, сварку;

2) унификацией деталей, т. е. применением одинаковых деталей

в различных узлах машины;

3) максимальным применением стандартных конструктивных элементов

деталей (резьб, канавок, пазов, фасок и др.), а также стандартных

допусков и посадок;

4) применением деталей и узлов ранее освоенных в производстве;

5) учетом количества выпускаемых изделий (серийности), условий

изготовления и технологической целесообразности;

6) снижением трудоемкости сборочных операций, удобной компоновкой

с легко доступными местами крепления, возможностью применения

сборочных автоматов, роботов;

7) возможностью «сращивания» систем автоматизированного проектирования

и производства.

Показателями технологичности конструкции являются: трудоемкость,

материалоемкость, энергоемкость в изготовлении, обслуживании,

эксплуатации и ремонте.

Показатели стандартизации и технологичности характеризуют

качество изделия.

Надежность — свойство изделия сохранять во времени способность

к выполнению требуемых функций в заданных режимах применения, технического

обслуживания, хранения и транспортирования.

Надежность характеризуется работоспособностью и отказом.

Работоспособность — состояние изделия, при котором оно способно

нормально выполнять заданные функции.

Отказ — событие, заключающееся в полной или частичной утрате

работоспособности.

Показателями качества изделия по надежности являются безотказность,

долговечность и ремонтопригодность.

Безотказность — свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность

в течение заданного времени

Долговечность — свойство изделия длительно сохранять работоспособность

до наступления предельного состояния при соблюдении норм

эксплуатации. Под предельным понимают такое состояние изделия,

при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.

Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающееся в приспособленности

к поддержанию и восстановлению работоспособности путем

технического обслуживания и ремонта.

Временными понятиями надежности являются ресурс и срок службы.

Ресурс — суммарная наработка изделия от начала эксплуатации до

перехода в предельное состояние. Ресурс выражают в единицах времени

работы (в часах) или длины пути (в километрах).

Срок службы — календарная продолжительность эксплуатации изделия

от начала до перехода в предельное состояние. Выражается обычно

в годах. Срок службы включает наработку изделия и время простоев.

Основными показателями надежности являются:

по безотказности — вероятность безотказной работы и интенсивность

отказов;

по долговечности — средний и гамма-процентный ресурс;

по ремонтопригодности — вероятность восстановления.

Под вероятностью безотказной работы P(t) понимают вероятность

того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки

не возникает отказ изделия.

Если за время наработки t из числа N одинаковых изделий были изъяты

из-за отказов n изделий, то вероятность безотказной работы изделия

P(t) = (N − n)/N = 1 − n/N.

Пример 1.1. Если по результатам испытания в одинаковых условиях партии изделий,

состоящих из N = 1000 шт., после наработки 5000 ч вышли из строя n = 100 изделий, то

вероятность безотказной работы этих изделий

Р(5000) = 1 − n/N = 1 − 100/1000 = 0,9.

Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведению

вероятностей безотказной работы отдельных его элементов

P(t) = P1(t) P2(t) … Pn(t).

Если P1(t) = P2(t) = … = Pn(t), то P(t) = P1(t). Отсюда следует, что чем

больше элементов имеет изделие, тем ниже его надежность.

Интенсивность отказов λ(t). В разные периоды эксплуатации или испытаний

изделий число отказов в единицу времени различно. Интенсивность

отказов — отношение числа n отказавших в единицу времени t изделий к

числу изделий (N – n), исправно работающих в данный отрезок времени при

условии, что отказавшие изделия не восстанавливают и не заменяют новыми:

λ(t) = n/[(N − n)⋅t].

Пример 1.3. В примере 1.1 при испытании 1000 изделий в интервале времени от 0 до

5000 ч из строя вышли 100 изделий. Это значит, что число исправно работающих изделий

равно (1000 – 100). Согласно определению интенсивность отказов λ(5000) = 100/[(1000 –

– 100)·5000] = 0,000022 = 22·10–6 1/ч.

Средние значения интенсивностей отказов составляют: для подшипников

качения — λ(t) = 1,5·10–6 1/ч; для ременных передач — λ(t) = 15·10–6 1/ч.

Вероятность безотказной работы можно оценить по интенсивности

отказов

P(t) ≈ 1 – λ

3 Критерии работоспособности детали машин

Работоспособность деталей оценивают по одному или нескольким

критериям, выбор которых обусловлен условиями работы и характером

возможного разрушения. Такими критериями являются: прочность, жесткость,

износостойкость, теплостойкость, виброустойчивостъ.

Прочность. Важнейшим критерием работоспособности всех деталей

является прочность, т. е. способность детали сопротивляться разрушению

или возникновению недопустимых пластических деформаций под действием

приложенных к ней нагрузок В расчетах на прочность большое

значение имеет правильное определение расчетных нагрузок и допускаемых

напряжений.

Повысить прочность можно путем выбора рациональной формы поперечного

сечения детали, устранением концентраторов напряжений, введением

поверхностного упрочнения, обеспечением нагружения детали

только напряжениями сжатия или растяжения (устранением напряжений

изгиба).

Жесткость. Жесткостью называют способность детали сопротивляться

изменению формы и размеров под нагрузкой. Для некоторых деталей

жесткость является основным критерием при определении их размеров.

Например, жесткость валов определяет удовлетворительную работу

подшипников, зубчатых, червячных передач. Нормы жесткости

устанавливают на основе обобщения опыта эксплуатации машин. Рациональное

расположение опор, применение рационального профиля (например,

двутавр вместо сплошного круглого) повышает жесткость конструкции.

Износостойкость. Износостойкостыо называют свойство материала

оказывать сопротивление изнашиванию. Под изнашиванием понимают

процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела

при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров или

формы.

Износостойкость зависит от физико-механических свойств материала,

термообработки и шероховатости поверхностей, от величины давлений

или контактных напряжений, скорости скольжения, смазки, режима

работы и т. д. Износ (результат изнашивания) снижает прочность деталей,

изменяет характер сопряжения, увеличивает зазоры в подвижных

соединениях, вызывает шум.

Расчеты деталей на износостойкость ведут по допускаемым давлениям

[р], установленным практикой (расчеты шлицевых соединений, подшипников

скольжения). Применение в конструкциях уплотняющих устройств,

защищающих детали от попадания абразивных частиц, повышение

твердости и равномерное распределение давлений по поверхности контакта,

разделение трущихся поверхностей смазочным материалом увеличивает их

износостойкость.

Теплостойкость. Теплостойкостью называют способность конструкции

работать в пределах заданных температур в течение заданного срока

службы. Перегрев деталей во время работы — явление вредное и опасное,

так как при этом снижается их прочность, ухудшаются свойства

смазочного материала, а уменьшение зазоров в подвижных соединениях

приводит к заклиниванию и поломке. Для обеспечения нормального теплового

режима работы проводят тепловые расчеты (расчеты червячных

и волновых передач, подшипников скольжения).

Виброустойчивость. Виброустойчивостью называют способность конструкции

работать в диапазоне режимов, достаточно далеких от области

резонансов. 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 подробно рассмотрены в курсе «Теория

колебаний.»

5 Циклы нагруженния деталей машин

6 Выбор допускаемых напряжений для различных циклов нагружения

Многие детали машин или их элементы, такие, как валы, зубья зубчатых

колес и другие, работают в условиях, когда возникающие в них напряжения

периодически изменяют свое значение или значение и знак.

По характеру изменения во времени нагрузки в машинах делят на

постоянные и переменные.

Постоянные назрузки могут вызывать переменные напряжения.

Причиной изменения напряжений может быть и переменный характер

действия внешней нагрузки.

Характеристикой напряженности детали является цикл напряжений —

совокупность последовательных значений напряжений σза один период

при регулярном нагружении. В случае действия касательных напряжений

τ остаются в силе все приведенные ниже термины и соотношения с заменой

σна τ.

Продолжительность одного цикла нагружения называют периодом

и обозначают Т.Нагружение с одним максимумом и одним минимумом

в течение одного периода при постоянстве параметров цикла

называют регулярным нагружением.

Цикл переменных напряжений характеризуют

максимальным напряжением σmax;

минимальным напряжением σmin;

средним напряжением σm= 0,5(σmax+ σmin);

амплитудой цикла σa= 0,5(σmax− σmin);

коэффициентом асимметрии цикла R = σmin/ σmax.

Если R = 0 (σmin= 0; σm= σa= 0,5σmax), то имеем отнулевой цикл напряжений

Если R = –1 (σm= 0; σa= σmax), то цикл напряжений называется симметричным

Этот цикл является наиболее неблагоприятным

для работы детали, так как характеризуется изменением не только значения,

но и знака действующих напряжений (знакопеременный цикл).

Если R = 1 (σa= 0; σmax= σmin= σm= σ) действуют постоянные статические

напряжения.

Во всех других случаях — циклы напряжений асимметричные

Рассмотрим определение числа циклов нагружения на примере вала,

подверженного действию изгибающего момента и вращающегося с частотой

вращения n, мин–1 ( угловой скоростью , с–1).

Продолжительность одного цикла изменения напряжения, т.е. период

Т, с:

T = 2·π/ω = 60/n

Общее число циклов за промежуток времени Lh, ч:

N = 3600·Lh /T = 573·ω·Lh = 60·n·Lh

Усталость материалов деталей машин

Опыты показывают, что детали машин, длительное время подвергавшиеся

действию переменных напряжений, разрушаются при напряжениях,

значительно меньших, чем временное сопротивление σв (иначе

предел прочности).



Страницы: 1 | 2 | Весь текст