Материал: 1798

136

деталях машин рассматривают общие законы расчета на прочность применительно к конкретной детали.

Жесткость – способность деталей сопротивляться изменению их формы и размеров под действием нагрузок. Например, недостаточная жесткость вала вызывает его прогиб, перекос зубчатых колес, поломку зубьев и подшипников и другие неприятности. Оценка жесткости производится сравнением расчетных прогибов, углов поворота сечений, углов закручивания и др. с допускаемыми значениями.

Износостойкость – способность трущихся поверхностей деталей сопротивляться истиранию, т. е. изнашиванию. Износ приводит к изменению размеров деталей, стертая поверхность имеет другое состояние, увеличиваются зазоры, снижается прочность, возникают динамические нагрузки и вибрации. Из-за износа выходят из строя до 80 % деталей машин. Расчет деталей на износ заключается в определении для трущихся поверхностей давлений и сравнении их с допускаемыми. Износ снижается с увеличением твердости поверхностей, которые делают гладкими и обильно их смазывают.

Теплостойкость – способность деталей машины сохранять работоспособность при высоких температурах. При нагреве стальных деталей до 300...400º значительно снижаются их механические свойства, ухудшаются свойства смазочных масел, увеличивается износ и др. Тепловые расчеты в настоящем курсе не рассматриваются.

Надежность – свойство машин сохранять работоспособность в течение промежутка времени до отказа.

При работе машин возникают перебои, нарушающие работоспособность. Они называются отказами. Чем реже отказы – тем выше надежность машины. Отказ – это выход из строя машины, который требует вмешательства человека для устранения неисправности или ремонта.

Долговечность – свойство машины сохранять работоспособность в течение времени с перерывами на техническое обслуживание и ремонт до полного износа. Этот промежуток времени называется ресурсом. Когда машина износилась до предельного состояния, говорят, что она выработала свой ресурс.

13.3.Особенности расчета деталей

Всоответствии с критериями работоспособности производят расчет деталей на прочность, износостойкость и жесткость. Расчеты эти приближенные, поэтому неточность расчетов компенсируют коэффициентом запаса прочности, который показывает, во сколько раз допускаемое напряжение меньше критического или предельного

показывающее, что напряжение , действующее в сечении детали, должно быть меньше или равно, но не превышать допускаемого напряжения.

Проектирование машин проводят методом постепенного приближения. Отсюда появились два вида расчетов: проектировочный и

определения размеров деталей и узла в целом и создания конструктивного наброска, т. е. эскиза узла или машины. Появляется эскизная картина узла пусть с приближенными, но конкретными размерами деталей.

После этого проводят уточненный или проверочный расчет с использованием конкретных размеров деталей, составлением расчетных схем и увеличением или уменьшением размеров.

Например, при проектировочном расчете валы рассчитывают не на изгиб с кручением, а просто на кручение по приближенной формуле

где d – диаметр вала; Мк – крутящий момент на валу; k – допускаемое касательное напряжение.

Как видно, в формуле (13.4) не содержится длины вала, места расположения на нем подшипников, зубчатых колес или шкивов и другие сведения, которые к началу проектирования неизвестны.

Затем по формуле, которая содержит передаточное отношение передачи, крутящий момент, допускаемое напряжение и коэффициенты, определяют модуль зубчатого колеса и его размеры, т. к. они являются функцией модуля.

Далее вычерчивается зубчатое колесо, вал и его опоры. Появляются конкретная длина вала, расстояние между опорами и положение зубчатого колеса относительно опор.

Теперь вычерчивается расчетная схема, строятся эпюры крутящих и изгибающих моментов, определяются опасное сечение и эквивалентное напряжение в опасном сечении.

По формуле (13.3) проверяется прочность. Если > [ ], то диаметр вала нужно увеличить. Если << [ ], то диаметр вала нужно уменьшить. Наилучший результат, если [ ] или чуть меньше.

138

13.4. Основные материалы деталей

Наибольшее применение в качестве конструкционных материалов получили сталь и чугун. Из чугуна изготавливают корпусные детали, станины и другие несущие конструкции. Из сталей разных марок изготавливается большинство деталей машин. Реже применяют цветные металлы и пластмассы.

Сталь – это сплав железа с углеродом, содержание которого по отношению к железу менее 2 %. Низкоуглеродистые стали обладают хорошей пластичностью, т.к. они сравнительно мягкие, но меньшей прочностью и твердостью. Высокоуглеродистые стали имеют большую твердость и прочность, но они хрупкие, т.к. имеют низкую пластичность. Для улучшения качественных показателей стали в нее добавляют хром, титан, кремний, ванадий, никель и другие добавки в небольшом количестве. Такие стали называют легированными.

Широкое распространение сталь получила благодаря своим уникальным свойствам: высокой прочности, пластичности и гибкости; возможности получения заготовок деталей из поковок, отливок, проката; хорошей обрабатываемости на станках; способности к термической обработке с целью получения высокой твердости и поверхностных покрытий и т. д.

Чугун – это тоже железоуглеродистый сплав с содержанием углерода свыше 2 %. Наибольшее распространение получил серый чугун, содержащий 2,5...3,5 % углерода. В сером чугуне сталь имеет форму губки, в ячейках которой помещается графит, который ослабляет металлическую основу чугуна, а с другой стороны графит, размазываясь по трущейся поверхности, уменьшает трение и износ. Серый чугун прекрасно обрабатывается на станках, хорошо заливается в любую сложную форму. Серый чугун – хрупкий материал, имеет среднюю прочность, хорошо работает на сжатие, плохо на растяжение, изгиб и кручение, но он является дешевым литейным материалом и хорошим гасителем вибраций.

Из цветных металлов в машинах наиболее часто применяются сплавы меди и алюминия. Алюминиевые сплавы применяют для изготовления небольших корпусных деталей. Бронзы – сплавы меди с оловом, свинцом, алюминием, железом – обладают антифрикционными свойствами и применяются для изготовления подшипников скольжения, гаек и червячных колес.

Пластмассы применяют для изготовления сравнительно мелких деталей прессованием в металлические пресс–формы.

139

14. СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Каждая машина состоит из отдельных деталей, которые соединяются между собой, образуя неразъемные и разъемные соединения.

Неразъемные соединения невозможно разобрать, т.к. детали соединены между собой с помощью заклепок, сварки, клея и др.

Разъемные соединения можно разобрать и вновь собрать, т.к. детали соединяются между собой с помощью винтов, болтов, шпонок, штифтов и т. д.

14.1. Заклепочные, сварные и клеевые соединения

Заклепочные соединения в настоящее время почти полностью вытеснены сваркой. Они сохранились для соединения мелких деталей, тонких листовых материалов, плоских пружин и т. д. в приборостроении.

Рис. 14.1

На рис. 14.1 приведено заклепочное соединение, которое состоит из заклепки 1, листа 2 и листа 3. Заклепка является основным элементом соединения, т.к. она скрепляет листы 2 и 3. Заклепка представляет собой круглый стержень, который с одного конца имеет головку (рис. 14.1, б). Для образования заклепочного соединения листы 2 и 3 накладывают друг на друга и прижимают. Затем сверлят в них отверстие (рис. 14.1, а). В отверстие снизу вставляют заклепку (рис. 14.1, б). После этого листы с заклепкой кладут на жесткую опору 4 (рис. 14.1, в), а сверху молотком расклепывают верхний конец заклепки до образования круглой головки.

Сваркой называют технологический процесс соединения деталей с помощью разогрева стыка до высокой температуры с последующим расплавлением стыка и электрода и образованием жидкого шва, который быстро застывает и прочно скрепляет две детали. Для надежного соединения детали листы (рис. 9.7) должны быть изготовлены из низкоуглеродистой стали. В машиностроении, строительстве сварка является основным видом сборки неразъемных соединений, к которым относятся корпусные детали, строительные фермы для перекрытия зданий, котлы, резервуары, трубы и т. д.

140

Клеевые соединения известны давно. С помощью клея склеивали бумагу, наклеивали обои на стены, склеивали стыки в деревянных стульях, столах, другой мебели.

Соединение деталей осуществляется за счет сил сцепления затвердевшего клея. Склеивать между собой можно детали из различных материалов: дерева, металла, пластмассы, кожи, резины, войлока, стекла, керамики, фарфора. Например, на цилиндрическую поверхность стального круга можно наклеить ткань, кожу, резину или войлок; склеить разбитую вазу или плафон; приклеить металлический номер на деревянную дверь и т. д.

К достоинствам клеевых соединений можно отнести возможность соединения деталей из разнородных материалов, не поддающихся сварке и даже склепыванию, например хрупкая керамика и ткани; герметичность соединения, например склеенные емкости. К недостаткам нужно отнести сравнительно низкую прочность и потерю ее со временем.

Рис. 14.2

14.2. Болтовые и винтовые соединения

Болтовые и винтовые соединения применяют для соединения листовых деталей, соединения корпусных деталей с помощью лапок, пружин, присоединения мелких деталей к корпусу и т. д. Основой этого соединения являются болт (винт) и гайка. Болтовые и винтовые соединения в общем случае называют резьбовыми соединениями.

Резьбовые соединения в отличие от заклепочных можно при надобности разъединить. Они относятся к разъемным соединениям.

На рис. 14.2 изображены два примера резьбовых соединений. К цилиндру 1 прикрепляется крышка 2. Они соединяются между собой болтом 3 и гайкой 4.

Второй пример. Корпус 1 соединен с крышкой 2 с помощью шпильки 3, гайки 4 и шайбы 5. Болты имеют шестигранную головку для