2.4.2 Залежність міцності деталі від її конфігурації

Міцність деталей машин залежить від ряду конструктивно-технологічних чинників. До найважливі-ших належить конфігурація деталі.

Сформулюємо основні принципи утворення конструктивних форм деталей машин.

1 При конструюванні деталей не слід допускати різких переходів, тобто різких змін форми сусідніх поверхонь. Дотримання цього положення дуже важливе, оскільки при різких переходах в зоні сполучення перетинів спостерігається значна концентрація напруги, що знижує міцність деталі при дії в її перетинах як статичних, так і змінних напруг.

2 Конструктивні форми деталі повинні забезпечити по можливості равноміцність всіх її перетинів.

3 Конструктивні форми деталі повинні забез-печувати близьке до рівномірного розподіл напруги по перетину деталі. З цією метою застосовують тонкостінні прокатні і пресовані профілі, труби тощо. Більшість деталей машин схильна до вигину і кручення, при яких максимальна напруга виникає в поверхневих шарах деталей. На поверхні розташовані основні джерела концентрації напруги, тому руйнування деталей, як правило, починається з поверхні. Для підвищення конструкційної міцності деталей машин широко застосовують різні способи поверхневого зміцнення.

Жорсткістю називають здатність деталі чинити опір зміні форми і розмірів під навантаженням. Для деяких деталей жорсткість – основний критерій при визначенні їх розмірів. Наприклад, розміри довгих валів точних зубчастих передач визначаються розрахунком на жорсткість, оскільки значний їх прогин під час роботи змінить міжосьову відстань передачі і порушить правильність зачеплення. Норми жорсткості встановлюють на основі узагальнення досвіду експлуатації машин. Ці норми приводяться в довідковій літературі. Оскільки досконалість матеріалу йде по підвищенню міцності, а модуль пружності залишається без змін, підвищення жорсткості досягається поліпшенням форм і розмірів деталей.

Жорсткістю називають здатність деталі чинити опір зміні форми і розмірів під навантаженням. Для деяких деталей жорсткість – основний критерій при визначенні їх розмірів. Наприклад, розміри довгих валів точних зубчатих передач визначаються розрахунком на жорсткість, оскільки значний їх прогин під час роботи змінить міжосьову відстань передачі і порушить правильність зачеплення. Норми жорсткості встановлюють на основі узагальнення досвіду експлуатації машин. Ці норми приводяться в довідковій літературі. Оскільки досконалість матеріалу йде по підвищенню міцності, а модуль пружності залишається без змін, підвищення жорсткості досягається поліпшенням форм і розмірів деталей.

Зношувально-корозійна стійкість – це властивість матеріалу, чинити опір зношуванню і корозії. Під зношуванням розуміють процес руйнування поверхневих шарів при терті, що приводить до поступової зміни розмірів, форми і стану поверхні деталі. Зносостійкість оцінюють величиною, що зворотна швидкості або інтенсивності зношування.

Зносостійкість є найважливішим критерієм працездатності рухомо зв'язаних деталей, оскільки до 90% таких деталей виходять з ладу із-за зносу. В результаті зносу знижується ККД, точність сполучення, надійність і економічність машин. Знос деталей значно підвищує вартість експлуатації машин у зв'язку з необхідністю періодичного їх ремонту. Так вартість технічного обслуговування і ремонту перевищує вартість виготовлення автомобіля за весь період його експлуатації до 6 разів.

Зношування  процес руйнування поверхневих шарів при терті, що приводить до поступової зміни розмірів, форми, маси і стану поверхні деталей (зносу).

Знос  результат процесу зношування.

У машинах спостерігаються наступні види зношування: абразивний знос, знос при заїданні і знос при корозії. Абразивний знос відбувається унаслідок стираючої дії нерівностей поверхонь або твердих сторонніх частинок (піску, пилу). Заїдання переважно спостерігається при високих швидкостях і тиску з витискуванням масляної плівки, що роз'їдає поверхні тертя. В результаті тепло не встигає відводитися, і відбувається схоплювання (зварка) частинок металу контактуючих поверхонь з подальшим відривом їх від м'якшої поверхні і міцним з'єднанням з твердішою. Нерівності, що утворилися, дряпають робочі поверхні деталей з м'якшою поверхнею, що приводить до виходу їх з ладу. Корозійний знос полягає в тому, що продукти корозії зриваються механічним шляхом.

Для підвищення зносостійкості деталей застосовують змащення поверхонь, що труться; виконують закриті конструкції з досконалішими ущільненнями для захисту деталей від попадання абразивних частинок; використовують антифрикційні матеріали, застосовують спеціальні види хіміко-термічної обробки поверхні і мастила антизадирними присадками.

Зносостійкість залежить від властивостей вибраного матеріалу, термообробки і чистоти поверхонь, від величини тиску або контактної напруги, від швидкості ковзання і умов мащення, від режиму роботи і так далі. Знос зменшує міцність деталей, змінює характер з'єднання (при роботі шум).

Застосування в конструкціях ущільнюючих пристроїв захищає деталі від попадання пилу, збільшуючи їх зносостійкість.

Зношування деталей можна зменшити наступними конструктивними, технологічними і експлуатаційними заходами:

- створити при проектуванні деталей умови, що гарантують тертя із змащувальним матеріалом;

- вибрати відповідні матеріали для спряженої пари;

- дотримувати технологічні вимоги при виготовленні деталей;

- наносити на деталі покриття;

- дотримувати режими мащення і захисту поверхонь, що труться, від абразивних частинок (застосування ущільнюючих пристроїв).

У зв'язку з підвищенням швидкостей руху машин небезпека вібрації зростає, тому розрахунки параметрів вимушених коливань набувають все більшого значення. Розрахунки на вібростійкість розглядають в курсі «Теорія коливань» і проводять не тільки для окремих деталей, але і для всієї машини в цілому.

Теплостійкістю називають здатність конструкції працювати в межах заданих температур протягом заданого терміну служби. Тепловиділення, пов'язане з робочим процесом, має місце в теплових двигунах, електричних машинах, ливарних машинах і в машинах для гарячої обробки матеріалів. Перегрів деталей під час роботи – явище шкідливе і небезпечне, оскільки при цьому знижуються їх міцність і жорсткість, погіршуються властивості мастила, а зменшення зазорів в рухомих з'єднаннях приводить до заклинювання і поломки.

Нагрів деталей машин може викликати наступні шкідливі наслідки:

- пониження міцності матеріалу і поява залишкових деформацій, так зване явище повзучості (спостерігається в машинах з дуже напруженим тепловим режимом, наприклад, в лопатках газових турбін);

- пониження захищаючої здатності масляних плівок, а отже, збільшення зносу деталей, що труться;

- зміна зазорів в зв'язаних деталях;

- в деяких випадках пониження точності роботи машини;

- заклинювання рухомих спряженгих деталей;

- для деталей, що працюють в умовах багатократної циклічної зміни температури, можуть виникнути і розвинутися мікротріщини, що приводять в окремих випадках до руйнування деталей.

Для забезпечення нормального теплового режиму роботи конструкції проводять теплові розрахунки (розрахунки черв'ячних передач, підшипники ковзання і ін.) і при необхідності вносять конструктивні зміни (наприклад, застосовують охолоджування).

Дотримання вказаних критеріїв працездатності забезпечує надійність конструкції протягом заданого терміну служби.