Питання для самоконтролю

1. Дайте визначення поняття «машина».

2. Основні вимоги до машин.

3. Чим характеризується технологічність.

4. Основні етапи проектування.

5. Назвіть основні процедури проектування.

6. Розкрийте зміст процедури « Визначення потреби у проектуванні».

7. Розкрийте зміст процедури «Вибір мети проектування».

8. Розкрийте зміст процедури «Визначення ознак об’єкту».

9. Розкрийте зміст процедури «Пошук варіантів технічного рішення».

Тема 2. Загальні питання створення машин.

2.1. Жорсткість. Критерії жорсткості

Роботоздатність конструкцій визначається не лише міцністю, а й їхньою жорсткістю (інколи, навіть, у більшій степені). Високі деформації конструкцій здатні порушити їхню нор-мальну роботу ще до виникнення небезпечних для міцності напружень.

Недостатня жорсткість валів та опор веде до швидкого спрацьовування деталей, які закріплені на них (наприклад, зубчастих коліс через порушення точності зачеплення). Низька жорсткість цапфи підшипників ковзання приводить до виникнення високих тисків, перегрівання конструкції, заїдання і значного зменшення строку експлуатації підшипникових вузлів.

Конструкція машини, яка містить корпус недостатньої жорсткості, не здатна забезпечити високу точність взаємодії розташованих у ньому механізмів, сприяє виникненню додаткових сил тертя та спрацьовуванню рухомих з’єднань.

Особливо актуальними стали питання жорсткості у зв’язку з розповсюдженим використанням високоміцних і надміцних матеріалів, які забезпечують різке зростання деформування конструкцій.

Критерії жорсткості.

Жорсткість – це здатність системи чинити опір дії зов- нішніх навантажень із найменшими деформаціями. Для машинобудування визначення поняття «Жорсткість» можна сформулювати наступним чином: це здатність механічної системи чинити опір дії зовнішніх навантажень, сприймати до-пустимі величини деформацій і не втрачати роботоздатність.

Жорсткість оцінюють коефіцієнтом жорсткості, який являє собою відношення сили, що діє на елемент конструкції, до величини деформації, яка викликана даною силою:

. …………………. (2.1)

Для випадку розтягу-стиску бруса сталого перерізу у межах пружної деформації коефіцієнт жорсткості згідно закону Гука визначиться:

, ……………………………… (2.2)

де А - площа перерізу, мм², l - довжина бруса у напрямку дії сили, мм.

Зворотна величина до жорсткості – піддатливість.

Коефіцієнт піддатливості:

. ……………………………………. (2.3)

Жорсткість сильно залежить від умов прикладання наван-таження.

Жорсткість конструкції визначають наступні фактори:

- модуль пружності матеріалу;

- геометричні характеристики перерізу тіла, яке підлягає деформуванню;

- лінійні розміри деформованого тіла;

- вид навантаження та тип опор.

Модуль пружності є стійкою характеристикою металів, мало залежить від термічної обробки і вмісту легуючих елементів і визначається атомно-кристалічною решіткою основного компонента.

Під час проектування крім вибору матеріалу значна увага приділяється умовам експлуатації механізму (вузла, деталі). Тому головним практичним засобом збільшення жорсткості є оптимізація геометричних параметрів конструктивних елементів машини.

На показник жорсткості сильно впливають розміри та форма поперечних перерізів. Як відомо з «Опору матеріалів», у випадку деформації «розтяг-стиск» жорсткість пропорційна квадрату розміру перерізу, а при деформації «згин» - четвертій степені розмірів.

На жорсткість також впливає міцність матеріалу конструкції. За умови рівності інших умов, деформації пропорційні напруженням. Напруження, як відомо, зазвичай приймаються пропорційними міцності матеріалу. Чим вищі міцність матеріалу, тим більші допустимі напруження, а за умови рівності решти факторів, більшою є деформація елементу конструкції. Якщо запас міцності мало відрізняється від допустимого, це веде до зростання деформації і одночасному зменшенню жорсткості.

Деформації зменшують за рахунок зменшення напружень. Цей шлях є нераціональним. Пояснюється це тим, що зменшення напружень, в основному, досягається за рахунок збільшення маси конструкції.

Розглянемо більш раціональні способи збільшення жорсткості конструкцій.

1. У випадку дії на деталь крутного моменту з метою збіль-шеня жорсткості бажано зменшити довжину деталі на ділянці кручення. Якщо деталь має круглий переріз, можна збільшити діаметр.

2. За умови дії згинальних навантажень з метою підвищення жорсткості рекомендується:

- оптимізація форми деталі;

- раціональний вибір умов навантаження ( так брус, навантажений розподіленою силою має у 1,5 рази вищу жорсткість ніж брус, навантажений зосередженою силою);

- раціональний вибір опор і обґрунтоване їхнє розташування.

3. Деформація «розтяг-стиск» залежить від площі перерізу, тому для збільшення жорсткості рекомендується використовувати матеріали з високим модулем пружності. Якщо дозволяє конструкція, можна також зменшити довжину деталі.

Деформація залежить не лише від максимального діючого напруження в небезпечному перерізі деталі, а й від закону розподілу напруження вздовж решти перерізів деталей, тобто форми деталі по її довжині. Рівноміцні деталі (у яких максимальні напруження в усіх перерізах однакові) мають найменшу жорсткість.

З метою порівняння деталей, які виготовлені з різних матеріалів, за жорсткістю та масою необхідно розрізняти чотири основні випадки:

1. Деталі однакові за конфігурацією (за умови однакового навантаження мають однакові напруження).

2. Деталі рівно жорсткі (мають однакові деформації та різні перерізи й напруження).

3. Деталі рівноміцні ( мають однаковий запас міцності, різні перерізи і напруження, які пропорційні межі міцності матеріалу).

4. Деталі мають однакову масу.