Характеристика критериев работоспособности

Жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой. Роль этого критерия работоспособности возрастает в связи с тем, что прочностные характеристики материалов (например, сталей) постоянно улучшаются, что позволяет уменьшить размеры деталей, а упругие характеристики (модуль упругости) при этом не изменяются. Так, за последние 50 лет временное сопротивление σв легированных сталей повысили от 500 до 1500 МПа при неизменном значении модуля упругости Е = 2,1×10⁵МПа.

Практические расчеты на жесткость проводят в форме ограничения упругих деформаций в пределах, допустимых для конкретных условий работы.

В уточненных расчетах прочности и жесткости деталей используют различные методы решения задач теории упругости, в частности метод конечных элементов (МКЭ). Этот метод реализуют на ЭВМ с большой памятью и высоким быстродействием.

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию. Под изнашиванием понимают процесс разрушения и отделения вследствие трения материала с поверхности твердого тела, проявляющийся в постепенном изменении размеров или формы.

Износостойкость зависит от физико-механических свойств материала, термообработки и шероховатости поверхностей, от значений давлений или контактных напряжений, скорости скольжения, наличия смазочного материала, режима работы и т.д.

Износ - результат изнашивания. Износ изменяет характер сопряжения, увеличивает зазоры в подвижных соединениях, вызывает шум, уменьшает толщину покрытия, снижает прочность деталей. Износ можно уменьшить, если разделить трущиеся детали смазочным материалом. В подшипниках скольжения с помощью гидродинамических расчетов определяют необходимую толщину масляного слоя. Для сравнительно медленно перемещающихся деталей (направляющие станков, ходовые винты) используют гидростатический контакт: масло в зону взаимодействия подают под давлением.

Универсального и общепринятого метода расчета на изнашивание нет. В большинстве случаев расчет проводят в форме ограничения действующих давлений р в местах контакта:

p ≤ [p],

Исследованиями контактного взаимодействия твердых тел при их относительном смещении занимается новая наука триботехника.

Теплостойкость – способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы.
Нагрев деталей в процессе работы машины приводит к:

· Снижению механических характеристик материала и к появлению пластических деформаций – ползучести. Стальные детали, работающие при температурах ниже 300 °С, на ползучесть не рассчитывают.

· Уменьшению зазоров в подвижных сопряжениях деталей и, как следствие, схватыванию, заеданию, заклиниванию.

· Снижению вязкости масла и несущей способности масляных пленок. С повышением температуры вязкость минеральных нефтяных масел снижается по кубической параболе – очень резко.

Для обеспечения нормального теплового режима работы проводят тепловые расчеты (расчеты червячных и волновых редукторов, подшипников скольжения). При этом составляют уравнение теплового баланса (тепловыделение за единицу времени приравнивают теплоотдаче) и определяют среднюю установившуюся температуру при работе машины. С целью повышения теплоотдачи предусматривают охлаждающие ребра, принудительное охлаждение или увеличивают размеры корпуса.

Виброустойчивость – способность конструкции работать в диапазоне режимов, достаточно далеких от области резонанса.
Вибрации снижают качество работы машин, увеличивают шум, вызывают дополнительные напряжения в деталях. Особенно опасны резонансные колебания.

В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибраций возрастает. Поэтому расчеты на виброустойчивость приобретают все большее значение.
Периодическое изменение внешних сил в поршневых машинах или сил от неуравновешенности вращающихся деталей, от погрешностей изготовления вызывает вынужденные колебания. При совпадении или кратности частоты вынужденных колебаний и частоты собственных колебаний наблюдают явление резонанса.

При резонансе амплитуда колебаний достигает больших значений – происходит разрушение. Работать можно в до- или послерезонансной зонах. Переход через резонансную зону должен быть осуществлен достаточно быстро.
Расчеты на виброустойчивость выполняют для машины в целом. Они сводятся к определению частот собственных колебаний механической системы и обеспечению их несовпадения с частотой вынужденных колебаний.
К устройствам для снижения колебаний относят маховики, упругодемпфирующие элементы и демпферы, рассеивающие энергию колебаний. нарезаемого колеса с производящей поверхностью режущего инструмента называют станочным зацеплением. Этот термин был предложен В. А. Гавриленко, крупным ученым, обобщившим и развившим основные положения теории зацепления эвольвентных передач. Сущность станочного зацепления заключается в том, что про­изводящая поверхность (поверхность режущих кромок инструмен­та) и проектируемая поверхность зуба («нарезаемого» колеса) имеют такое же относительное движение, какое имели бы зубчатые колеса при зацеплении друг с другом при взаимодействии аксоидных поверхностей. При нарезании цилиндрических зубчатых колес оси произво­дящего колеса (т. е. воображаемого зубчатого колеса, у которого боковые поверхности являются производящими поверхностями) и проектируемого («нарезаемого») колеса параллельны между собой и аксоидами являются цилиндры. Если производящее колесо имеет конечное число зубьев, то режущими инструментами являются долбяк (рис. 14.5 е), абразивный хон (рис, 14.5 ж), которыми можно обрабатывать боковые поверхности зубьев колес с различными числами зубьев (рис, 14.5, з). При бесконечно большом ра­диусе аксоида производящего колеса инструмент должен иметь бесконечно большое число зубьев, т. е. превратиться в рейку. В этом случае инструментом обычно являются червячная фреза (рис. 14.5, б) или абразивный червячный круг (рис. 14.5, г), у ко­торых реечный производящий контур (рис. 14.5, д) расположен на винтовой поверхности. Частным случаем является инструмент, называемый зуборезной гребенкой (рис. 14.5, а) или пара тарельчатых шлифовальных кругов (рис. 14.5, в). Главным движением резания у долбяка, гребенки и абразивного хона является поступательное движение, а у червячной фрезы и шлифоваль­ных кругов - вращательное движение. В процессе движения огибания (обкатки) основной шаг инстру­мента по профильной нормали соответствует основному шагу про­ектируемого («нарезаемого») колеса. Процесс перехода от формо­образования одного зуба к другому в процессе обкатки осуще­ствляется автоматически при непрерывном относительном движении (рис. 14.5, д. з). Если производящую поверхность рассечь плоскостью, перпен­дикулярной оси нарезаемого колеса, то в сечении получим ис­ходный производящий контур (ИПК). Станочное зацепление есть зацепление ИПК с профилем зуба нарезаемого колеса. Рассмотрим реечное станочное зацепление, т. е. такое, когда ИПК имеет очертания зубчатой рейки. Эвольвентные кромки это­го ИПК прямолинейны. Режущий инструмент (чер­вячная фреза или гребенка), образующий своим главным движени­ем эвольвентный реечный ИПК, обладает очень ценным свойством: его можно изготовить, сравнительно дешево и точно. Геометрия зубьев нарезаемого колеса определяется параметрами ИПК реечного инструмента и его расположением по отношению к колесу. Исходный производящий контур эвольвентного реечного инстру­мента. Форма я размеры ИПК стандартизованы. Эвольвентные части профиля зубьев ИПК (рис. 14.6, а) прямолинейны и на­клонены к оси зуба под углом. Переходы от прямолинейной части зуба к основанию впадины и к вершине осуществлены по дуге радиусом t. Точки сопряжения отмечены на ИПК буквами А, С, D, Е. Прямолинейная часть CD является эвольвентной, а скругления АС и DE - неэвольвентной частью контура. Прямая, разделяющая зуб по высоте на две равные части, называется делительной. На ИПК отмечаются еще четыре линии, параллельные делительной прямой и проходящие по основаниям впадин зубьев, по их вер­шинам и через точки сопряжения С и О. Расстояния между этими прямыми выражают размеры зуба исходного производящего кон­тура по высоте и измеряются соответственно величинами ha = ha*m и C = c*m, где ha* - коэффициент высоты зуба, с* - коэффициент радиального зазора. Согласно стандарту: ha* = 1,0; с* = 0,25. Прямые, проходящие через точки С и D, называются пря­мыми граничных точек. Размерами вдоль делительной прямой являются шаг, толщина зуба н ширина впадины. Шаг р исходного производящего контура, измеренный по любой прямой, параллельной делительной, есть ве­личина постоянная, равная m, где m - стандартный модуль. Тол­щина зуба ИПК по делительной прямом равна ширине впадины s0 = e0 = m/2, а вместе они составляют шаг. Угол профиля зуба стандартизован: = 20°. Радиус скругления (дуги DE) (14.7) Таким образом. ИПК реечного инструмента характеризуется четырьмя стандартными параметрами: m,, ha*, c*. Реечное станочное зацепление и коэффициент смещения. Рееч­ное станочное зацепление, как и всякое зацепление, имеет началь­ные линии. Ими являются станочно-начальная прямая рейки и станочно-начальная окружность колеса, которые катятся друг по другу без скольжения. Можно показать, что в реечном станочном зацеплении радиус rw0 станочно-начальной окружности равен радиусу делительной окружности r. Угол реечного станочного зацепления w0 равен профильному углу а исходного производящего контура (как углы с взаимно перпендикулярными сторонами). Отметим также, что угол профиля зуба колеса в точке, находящейся на делительной окружности, равен профильному углу исходного производящего контура. На станке инструмент можно расположить по-разному относи­тельно нарезаемого колеса. Поэтому в станочном зацеплении де­лительная прямая ИПК может располагаться различным образом по отношению к делительной окружности колеса: I) она может касаться делительной окружности - нулевая установка инструмен­та; 2) быть отодвинутой от нее — положительная установка; 3) пе­ресекать ее—отрицательная установка. Расстояние между делительной прямой и делительной окруж­ностью называется смещением инструмента. Его выражают в виде произведения модуля m на коэффициент смещения х и ему присваивают знак. При нулевой установке смещение mх > 0, х > 0. При положительной установке mх > 0, х> 0. При отрицательной установке смещением является стрелка сегмента, которую делитель­ная прямая отсекает от делительной окружности; в этом случае mx < 0, x < 0. На рис. 14.6, а изображено реечное станочное зацепление при нарезании зубчатого колеса с положительным смещением и указаны все элементы производящего исходного контура, нарезаемого коле­са и станочного зацепления. Линия реечного станочного зацепления начинается в точке N и через полюс P0 уходит в бесконечность. Длина ее активной части ограничена точками В1’ и B’’, находящимися на пересечении линии станочного зацепления с прямой QQ граничных точек и окруж­ностью вершин (рис. 14.6, а) Профиль зуба колеса имеет эвольвентную и неэвольвентную части. Переход эвольвснтного профиля в неэпольвентиый находится на окружности граничных точек колеса, радиус которой rl = OB1'. Расстояние между окружностью вершин зубьев колеса и прямой впадин ИПК представляет собой станочный зазор С0. Величина его складывается из двух частей: с*m, ym, где у — коэффи­циент уравнительного смещения. Размеры изготовляемого зубчатого колеса с внешними зубьями. Диаметр вершин прямозубого колеса (рис. 14.6, а): (14.8) Высота зуба из того же рисунка: (14.9) Если x = 0 (смещения инструмента нет) и у = 0, то da = m(z + 2ha*), h = m(2ha* + с*), и при стандартных значениях ha* = 1,0 и с* = 0,25 получим da = m(z+2) и h = 2,25m. Стачочно-начальная прямая перекатывается по станочно-начальной окружности (она же делительная) без скольжения. По­этому толщина зуба s по делительной окружности нарезаемого колеса равна ширине ММ впадины по станочно-начальной прямой ИПК (рис. 14.6, б). Отрезок ММ складывается из ширины впадины ИПК по де­лительной прямой e0 = m/2 и двух катетов, каждый из которых равен xm tg, поэтому: s = m/2 + 2 xm tg (14.10) Если инструмент установлен относительно колеса без смещения (xm = 0), то s = m/2; значит, толщина зуба s по делительной ок­ружности колеса равна ширине впадины е, так как s + е =m. В этом случае получается колесо с равноделенным шагом s = e, Если xm > 0, то s > m/2 и, следовательно, s > e. Если xm < 0, то s < m/2, и поэтому s < e. При нарезании косозубых колес применяется тот же инструмент 1, что для прямозубых, но устанавливается он наклонно под углом по отношению к торцовой плоскости t - t колеса (заготовки) (рис. 14.6, в). На этом рисунке показана развертка 2 делительного цилиндра косозубого колеса, в результате чего винтовые линии косого зуба преобразо­вались в прямые линии. В торцовой плоскости t - t косозубого колеса вследствие наклона инструмента шаг увеличивается и становится равным p/cos, а следова­тельно, и модуль в торцовой плоскости будет нестандарт­ным, равным m/cos. По­этому при расчете линейных размеров косозубого колеса по формулам, в которые входит стандартный модуль, вместо m следует подставлять m/cos, например делительный диаметр косозубого колеса d = zm/ cos. Обратим внимание на размеры ha*m, c*m, xm, y*m, перпенди­кулярные делительной прямой (рис. 14.6, а), которые принято назы­вать размерами по высоте. На рис. 14.6 в эти размеры расположены перпендикулярно плоскости рисунка. Поэтому при повороте инстру­мента на угол размеры по высоте не изменяются. А отсюда следует, что когда в уравнениях встречаются произведения ham, cm, xm, ym, то их при расчете косозубой передачи можно под­ставлять в эти уравнения без всякого пересчета сомножителей. Так, например, формула диаметра вершин косозубого колеса может быть записана следующим образом: da = d + 2(ha*m + xm - y*m). Угол профиля исходного производящего контура при нарезании косозубого колеса увеличивается по сравнению со стандартной величиной = 20°, поскольку размеры по высоте не изменяются, а шаг в торцовом сечении увеличивается. Расчетный угол профиля t исходного производящего контура при нарезании косозубых ко­лес определяют по формуле: На рис. 14.7 сравниваются профили зубьев трех колес, имею­щих одинаковые числа зубьев, нарезанные одним и тем же ин­струментом, но с различными смещениями: x1 < x2 < x3. Колеса имеют одинаковые радиусы делительных и основных окружностей; следовательно, профили зубьев всех трех колес очерчены по одной и той же эвольвенте. Но толщины зубьев s1, (дуга ab), s2 (дуга ас), s3 (дуга af) и радиусы окружностей вершин ra1, ra2, ra3, у колес будут разные. По мере увеличения х толщина зуба у основания увеличивается, а у вершины уменьшается, т. е. коэффициент сме­щения существенно влияет на форму зуба. Следовательно, назначая при проектировании тот или иной коэффициент смещения, можно влиять на форму зубьев колёс и на качество зубчатой передачи, наделяя её желательными свойствами. Контрольные вопросы к лекции N14 Что называют зубчатым колесом? Расскажите об основных элементах зубчатого колеса. Запишите формулы окружного и углового шагов эвольвентного зубчатого колеса. Какие методы изготовления зубчатых колёс Вы знаете? В чём заключается сущность изготовления эвольвентных колёс методом огибания? Дайте определение станочного зацепления. Выведите формулы для определения основных размеров зубчатого колеса () используя схему станочного

Источник: http://refleader.ru/jgeyfsqasmer.html

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: