Иванов М.Н. - Детали машин (1065703), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Нормы жесткости деталей устанавливают на основе практики эксплуатации и расчетов. Значение расчетов на жесткость возрастает в связи с широким внедрением высокопрочных сталей, у которых увеличиваются характеристики прочности (а, и о',), а модуль упругости Е (характеристика жесткости) остается почти неизменным. При этом чаще встречаются случаи, когда размеры, полученные из расчета на прочность, оказываются недостаточными по жесткости. Изнашивание — процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в подшипниках, в направляющих, в зубчатых зацеплениях, в цилиндрах поршневых машин и т. п. Увеличение зазоров снижает качественные характеристики механизмов — мощность, к.п.д., надежность, точность и пр.
Детали, изношенные больше нормы, бракуют и заменяют при ремонте. Несвоевременный ремонт приводит к поломке машины, а в некоторых случаях и к аварии, Установлено, что при современном уровне техники 85...90'lо машин выходят из строя в результате изнашивания и только 10...15'lо по другим причинам. Изнашивание увеличивает стоимость эксплуатации, вызывая необходимость проведения дорогих ремонтных работ. Высокая стоимость ремонта обусловлена значительными затратами ручного высококвалифицированного труда, который трудно механизировать и автоматизировать.
Для многих типов машин за период их эксплуатации затраты на ремонты и техническое обслуживание в связи с изнашиванием в несколько раз превышают стоимость новой машины. Этим объясняется большое внимание, которое уделяют в настоящее время трибонике — науке о трении, смазке и изнашивании механизмов. Задача машиностроения — выпускать машины, не требующие капитального ремонта за весь период эксплуатации. Текущие ремонты должны быть простыми и нетрудоемкими. Одно из направлений развития машиностроения — разработка конструкций, в которых осуществляется так называемое жидкостное трение, При жидкостном трении поверхности деталей разделены тонким масляным слоем. Они непосредственно не Ьйр:ПКигзаиК-бт.пагод.ги зозбт®и1.Ьу ~сд:464840172 соприкасаются, а следовательно, и не изнашиваются, коэффициент трения становится очень малым (=0,005). Для образования режима жидкостного трения, например в подшипниках скольжения, необходимо соответствующее сочетание нагрузки, частоты вращения и вязкости масла (см.
~ 16.4), Основоположником жидкостного трения является наш отечественный ученый Н. П. Петров, который опубликовал свои исследования в 1883 г. В дальнейшем эта теория получила развитие в трудах многих отечественных и зарубежных ученых. Теперь мы можем выполнять расчеты режима жидкостного трения. Однако жидкостное трение можно обеспечить далеко не во всех узлах трения. Кроме соблюдения определенных значений упомянутых выше факторов оно требует непрерывной подачи чистого масла, свободного от абразивных частиц.
Обычно это достигается при циркуляционной системе смазки с насосами и фильтрами. Там, где жидкостное трение обеспечить не удается, используют другое направление — применение для узлов трения таких материалов и таких систем смазки, при которых они будут износостойкими. В области механики трения получает развитие явление избирательного переноса, позволяющее создавать практически безызносные трущиеся пары с малым коэффициентом трения и высоким к.п.д. Избирательный перенос — физико-химический процесс, происходящий в среде поверхностей трения и смазки в результате которого на поверхности трения образуется защитная металлическая пленка.
Эта пленка обладает особой структурой и резко снижает характеристики трения и износа. Образование металлической защитной пленки может происходить за счет материала, содержащегося в смазке и самих трущихся парах. Например, в паре сталь+медь или ее сплавы (бронза, латунь) пленкообразующим материалом будет медь. Пленкообразующей присадкой смазки для пары сталь+сталь или чугун может быть, например, медный порошок, добавляемый в смазку ЦИАТИМ-201.
Избирательный перенос обладает свойством автокомпенсации износа, т. е. защитная пленка хотя и изнашивается (сравнительно мало), но непрерывно восстанавливается. Достижения в области избирательного переноса получили применение в первую очередь в узлах трения, работающих в экстремальных условиях — в вакууме на космических аппаратах, в агрессивных средах химической промышленности и др.
Массового применения в машиностроении они пока не получили. Во всех случаях поверхности трения необходимо защищать от загрязнения. При загрязнении все рассмотренные методы защиты от износа становятся малоэффективными. На современном этапе расчеты на изнашивание отстают от расчетов по другим критериям (прочности, жесткости, Ьйр:/IКигзатК-бт.пагод.ги зозбт®и1.Ьу ~сд:464840172 виброустойчивости и теплостойкости). Это объясняется тем, что изнашивание является более сложным процессом. Оно зависит от многих факторов, в том числе мало определенных, например таких, как окружающая среда, качество и своевременность обслуживания узлов трения и пр. Для исключения случайного фактора в системе смазки у нас в стране разработаны и получают распространение автоматические смазочные системы, которые обслуживают машины по заданной программе без участия человека. В заключение отметим, что в области трибоники отечественными и зарубежными учеными выполнено много основополагающих и прикладных исследований ~9~.
Однако до сего времени в технических вузах нет курса по этой дисциплине, который, подобно курсу «Сопротивление материалов», подготавливал бы студентов к изучению инженерных расчетов в курсе «Детали машин» и в специальных курсах. В нашем курсе мы используем преимущественно метод учета износа по допускаемым давлениям на поверхностях трения. Износостойкость деталей существенно уменьшается при коррозии. Коррозия — процесс постоянного разрушения поверхностных слоев металла в результате окисления. Коррозия является причиной преждевременного разрушения многих конструкций, Из-за коррозии ежегодно теряется до 10'Ъ выплавляемого металла. Коррозия особенно опасна для поверхностей трения и деталей, работающих при переменных напряжениях.
При этом существенно сокращаются износостойкость и сопротивление усталости, Для защиты от коррозии применяют антикоррозионные покрытия или изготовляют детали из специальных коррозионноустойчивых материалов, например нержавеющих сталей и пластмасс. Особое внимание уделяется деталям, работающим в присутствии воды, пара, кислот, щелочей и других агрессивных средах. Расчетов на долговечность по коррозии нет. Однако„ поскольку этот процесс протекает во времени, они могут быть разработаны, Множество случайных факторов, связанных с условиями эксплуатации, затрудняют такие расчеты.
Теилостойкость. Нагрев деталей машин может вызвать следующие вредные последствия: понижение прочности материала и появление ползучести; понижение защищающей способности масляных пленок, а следовательно, увеличение изнашивания деталей; изменение зазоров в сопряженных деталях, которое может привести к заклиниванию или заеданию; понижение точности работы машины (например, прецизионные станки). Чтобы не допустить вредных последствий перегрева на работу машины, выполняют тепловые расчеты и, если необходимо, вносят соответствующие конструктивные изменения (например, искусственное охлаждение).
Виороустойчивость. Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталост- Ьйр:/IКигзатК-бт.пагод.ги зозбт®и1.Ьу ~сд:464840172 ному разрушению деталей. В некоторых случаях вибрации снижают качество работы машин. Например, вибрации в металлорежущих станках снижают точность обработки и ухудшают качество поверхности обрабатываемых деталей. Особенно опасными являются резонансные колебания.
Вредное влияние вибраций проявляется также и в увеличении шумовых характеристик механизмов. В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибраций возрастает, поэтому расчеты на колебания приобретают все большее значение. Особенности расчета деталей машин. Для того чтобы составить математическое описание объекта расчета и по возможности просто решить задачу, в инженерных расчетах реальные конструкции заменяют идеализированными моделями или расчетными схемами.
Например, при расчетах на прочность, по существу, несплошной и неоднородный материал деталей рассматривают как сплошной и однородный, идеализируют опоры, нагрузки и форму деталей. При этом расчет становится ириближенным. В приближенных расчетах большое значение имеют правильный выбор расчетной модели, умение оценить главные и отбросить второстепенные факторы, Погрешности приближенных расчетов существенно снижаются при использовании опыта проектирования и эксплуатации аналогичных конструкций.
В результате обобщения предшествующего опыта вырабатывают нормы и рекомендации, например нормы допускаемых напряжений или коэффициентов запасов прочности, рекомендации по выбору материалов, расчетной нагрузки и пр. Эти нормы и рекомендации в приложении к расчету конкретных деталей приведены в соответствующих разделах учебника. Здесь отметим, что неточности расчетов на прочность комиенсируют в основном за счет заиасов ирочности. При этом выбор коэффициентов заиасов ирочности становится весьма ответственным этаиом расчета. Заниженное значение запаса прочности приводит к разрушению детали, а завышенное — к неоправданному увеличению массы изделия и перерасходу материала.
В условиях большого объема выпуска деталей общего назначения перерасход материала приобретает весьма важное значение. Факторы, влияющие на запас прочности, многочисленны и разнообразны: степень ответственности детали, однородность материала и надежность его испытаний, точность расчетных формул и определения расчетных нагрузок, влияние качества технологии, условий эксплуатации и пр. Если учесть все разнообразие условий работы современных машин и деталей, а также методов их производства, то станут очевидными большие трудности в раздельной количественной оценке влияния перечисленных факторов на величину запасов прочности. Поэтому в каждой отрасли машиностроения, основываясь на своем опыте, вырабатывают свои нормы запасов прочности Ьйр:ПКигзаиК-бт.пагод.ги зозбт®и1.Ьу ~сд:464840172 для конкретных деталей. Нормы запасов прочности не являются стабильными. Их периодически корректируют по мере накопления опыта и роста уровня техники.
В инженерной практике встречаются два вида расчета: проектный и проверочный. Проектный расчет — предварительный, упрощенный расчет, выполняемый в процессе разработки конструкции детали (машины) в целях определения ее размеров и материала. Проверочный расчет — уточненный расчет известной конструкции, выполняемый в целях проверки ее прочности или определения норм нагрузки. При проектном расчете число неизвестных обычно превышает число расчетных уравнений. Поэтому некоторыми неизвестными параметрами задаются, принимая во внимание опыт и рекоменд;",пи, а некоторые зторостепенные параметры просто не ~итывают. Такой упрощенный расчет необходим для определения тех размеров, без которых невозможна первая чертежная проработка конструкции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
