Критерии работоспособности основных деталей машин

Критерии работоспособности некоторых деталей машин были рассмотрены в главе 2. Напомним их и рассмотрим более подробно.

Основным критерием работоспособности клепанных соединений является прочность, причем при расчетах предполагается, что напряжения в сечениях распределены равномерно.

Основным критерием работоспособности сварных соединений является прочность, причем предполагается, что напряжения в опасных сечениях распределены равномерно.

Основным критерием работоспособности крепежных резьбовых соединений является прочность. Стандартные крепежные детали сконструированы равнопрочными по следующим параметрам: по напряжениям среза и смятия в резьбе, напряжениям растяжения в нарезанной части стержня и в месте перехода стержня в головку. Поэтому для стандартных крепежных деталей в качестве главного критерия работоспособности принята прочность стержня на растяжение, и по ней ведут расчет болтов, винтов и шпилек. Расчет резьбы на прочность выполняют в качестве проверочного лишь для нестандартных деталей.

Основными критериями работоспособности ненапряженных шпоночных соединений являются прочность шпонки на срез и прочность соединения на смятие.Расчеты на срез и смятие основаны на предположении, что соответствующие напряжения распределены по сечениям равномерно.

Критерии работоспособности зубчатых колес. При передаче вращающего момента Тв зацеплении зубчатых колес действуют сила нормального давления Fn(рис.3.1,в) и связанная с относительным геометрическим скольжением активных поверхностей зубьев сила трения Frp= fFn, где f–коэффициент трения скольжения.

Скорость скольжения прямо пропорциональна расстоянию контактных точек от полюса; при зацеплении в полюсе скорость скольжения равна нулю.

Для определения направления сил трения рассмотрим дополюсное и заполюсное зацепления одной пары зубьев (рис.3.1, а, б).Разложим каждый из векторов скоростей υ1и υ2точек контакта на две взаимно перпендикулярные составляющие: υN– контактную нормальную скорость и υkскорость общей точки контакта зубьев в направлении скольжения. Тогда скорость скольжения υsконтактных точек профилей зубьев равна: дополюсное зацепление υs= υк2υк1(рис.3.1, а); заполюсное зацепление υs= υк1υк2(рис.3.1, б),причем в обоих случаях υкголовки зуба больше, чем у сопряженной с ней ножки. Следовательно, активная поверхность головки зуба является опережающей, а ножки зуба –отстающей. Направление сил трения у зубьев ведущего и ведомого колес показано на рис.3.1, в.

Рис. 3.1. Схемы для определения направления сил трения в зацеплении одной пары зубьев

Под действием сил нормального давления и трения зуб колеса испытывает сложное напряженное состояние, но решающее влияние на его работоспособность оказывают два фактора: контактные напряжения σNи напряжения изгиба σF, которые действуют на зуб только во время нахождения его в зацеплении и являются, таким образом, повторно-переменными.

Повторно-переменные напряжения изгиба вызывают появление усталостных трещин у растянутых волокон основания зуба (место концентрации напряжений), которые с течением времени приводят к его поломке(рис.3.2, а,б).

Рис. 3.2. Виды износа зубьев

Повторно-переменные контактные напряжения и силы трения приводят к усталостному изнашиванию активных поверхностей зубьев. Как было установлено в п. 2.3, сопротивление усталостному изнашиванию у опережающих поверхностей выше, чем у отстающих, поэтому нагрузочная способность головок зубьев выше, чем ножек. Этим объясняется отслаивание и выкрашивание частиц материала на активной поверхности ножек зубьев (рис.3.2, в)при отсутствии видимых усталостных повреждений головок. Усталостное изнашивание активных поверхностей зубьев характерно для работы закрытых передач.

В открытых передачах и в передачах с плохой (загрязняемой) смазкой усталостное изнашивание опережается абразивным износом активных поверхностей зубьев (рис.3.2, г).

В тяжелонагруженных и высокоскоростных передачах в зоне контакта зубьев возникает высокая температура, способствующая разрыву масляной пленки и образованию металлического контакта, в результате чего происходит заедание зубьев (рис.3.2, д), которое может завершиться прекращением относительного движения колес передачи.

Итак, критерием работоспособности зубчатых передач является износостойкость активных поверхностей зубьев и их изгибная прочность.

Основными критериями работоспособности червячных передач являются износостойкость активных поверхностей и изгибная прочность зубьев червячного колеса.

При работе валы и вращающиеся оси даже при постоянной внешней нагрузке испытывают знакопеременные напряжения изгиба симметричного цикла, следовательно, возможно усталостное разрушение валов и вращающихся осей. Чрезмерная деформация валов может нарушить нормальную работу зубчатых колес и подшипников, следовательно, основными критериями работоспособности валов и осей являются сопротивление усталости материала и жесткость.Практика показывает, что разрушение валов быстроходных машин обычно происходит в результате усталости материала.

Основными критериями работоспособности подшипников качения являются износостойкость рабочих поверхностей и долговечность подшипника, а также сопротивление пластическим деформациям.