Основные критерии работоспособности

Работоспособность - это состояние изделия (машины, узла, детали), при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями нормативов технической документации.

Основными критериями работоспособности ДМ являются критерии, регламентирующие основные эксплуатационные свойства изделия: прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.

Прочность - главный критерий работоспособности, - есть свойство детали в определенных условиях и пределах, не разрушаясь (или не теряя своей формы), воспринимать приложенные нагрузки.

Наиболее распространенным методом оценки прочности ДМ является сравнение расчетных (рабочих) напряжений приложенных нагрузок с допускаемыми напряжениями - по условию прочности:

Напряжение [Допускаемое напряжение] (3.1)

Напряжение в свою очередь определяется по формулам сопротивления материалов в зависимости от вида нагружения и принятой расчетной модели:

Напряжение = Внутр. силовой фактор / Сопр. опасного сечения (3.2)

В этих уравнениях:

• напряжение есть мера внутренней напряженности сил упругости, интенсивность внутренних сил в опасном сечении детали (сила упругости в точке опасного поперечного сечения, отнесенная к единице площади сечения детали) при деформации, обусловленной действием внешней нагрузки;

• нагрузка есть мера внешнего энергетического воздействия на деталь (сила, момент силы);

• внутренний силовой фактор есть мера сил упругости в опасном сечении детали;

• сопротивление есть характеристика формы и размеров детали в зависимости от вида нагрузки и способа ее приложения (передаточная функция).

Условия прочности при различных видах деформации:

• при растяжении-сжатии и изгибе

  ; (3.3)

• при сдвиге

  ; (3.4)

• при контактных деформациях 

 _к  [  ]_к . (3.5)

Проектные и проверочные расчеты

В курсе ДМ имеют применение два вида расчетов: проектные и проверочные.

Проектный расчет выполняется с целью предварительного определения размеров детали по формулам для соответствующих критериев работоспособности по допускаемым напряжениям.

Проверочный расчет выполняется для установленных в проектном расчете размеров детали с целью проверки соответствия основным условиям прочности.

Предельные и допускаемые напряжения

В зависимости от вида деформации допускаемые напряжения определяются по формулам:

[] = _пр / [n] (3.6)

[] = _пр / [n] (3.7)

где [] и [] - допускаемые нормальные и касательные напряжения,

_пр и _пр - предельные напряжения,

[n] - требуемый коэффициент запаса прочности.

В качестве предельного напряжения принимают одну из следующих механических характеристик материала:

• предел текучести _т, _т - при статическом нагружении детали из пластичного материала,

• временное сопротивление _в, _в - при статическом нагружении детали из хрупкого материала,

• предел выносливости _-1, _-1 или ₀, ₀ - при переменном во времени нагружении.

Разрушение материалов, вызванное действием переменных напряжений, называется усталостью, а их способность противостоять усталости - выносливостью. Предел выносливости определяют при испытании материалов на выносливость для определенного числа циклов напряжений, при которых происходит разрушение образцов. Циклом напряжений называется совокупность их значений за один период изменения при регулярном нагружении с постоянным периодом. Цикл характеризуется отношением наименьших и наибольших напряжений - коэффициентом асимметрии

R = _min/ _max или R = _min/ _max , (3.8)

В справочниках приводятся пределы выносливости для характерных циклов, называемых:

• симметричный (рис.3.1,а) со значениями R = - 1, - предел выносливости _-1, _-1 ;

• отнулевой (рис.3.1,б) со значениями R = 0, - предел выносливости ₀, ₀ .

Коэффициент запаса прочности n выбирается по справочным таблицам в зависимости от вида нагружения и материала или рассчитывается.

Рис.3.1. Диаграммы симметричного (а) и отнулевого (б) циклов напряжений