- •1.2. Основные определения курса. Классификация механизмов, узлов и деталей.
- •1.3. Качество. Критерии качества.
- •1.4. Критерии экономичности.
- •1.5. Критерии надежности.
- •Лекция 2. Требования к деталям, критерии работоспособности.
- •2.1. Основные критерии работоспособности деталей и узлов машин.
- •3.1. Циклы напряжений в деталях машин.
- •2.2. Взаимозаменяемость.
- •2.3. Стадии разработки при проектировании деталей и узлов машин.
- •Лекция 3. Прочность при переменных напряжениях.
- •3.2.Усталость материалов деталей машин.
- •3.2.1. Влияние концентрации напряжений на предел выносливости.
- •3.2.2. Влияние абсолютных размеров детали на предел выносливости.
- •3.2.3. Влияние качества обработки поверхности на предел выносливости.
- •3.2.4. Влияние упрочнения поверхности на предел выносливости.
- •3.3. Контактная прочность деталей машин.
- •Лекция 4. Сварные соединения.
- •4.1. Общие сведения о сварке.
- •4.2. Классификация сварных соединений.
- •4.3. Расчет на прочность сварных соединений.
- •4.3.1. Расчет сварных стыковых соединений.
- •4.3.2. Расчет сварных нахлесточных соединений.
- •4.3.3. Расчет сварных тавровых соединений.
- •4.4. Допускаемые напряжения для сварных швов.
- •Лекция 5. Соединения с натягом.
- •5.1. Общие сведения.
- •5.2. Расчет соединений с натягом.
- •5.3. Определение расчетного натяга.
- •5.4. Проверочный расчет на прочность соединяемых деталей.
- •Лекция 6. Шпоночные и шлицевые соединения.
- •6.1. Шпоночные соединения.
- •6.2. Напряженные шпоночные соединения.
- •6.3. Ненапряженные шпоночные соединения.
- •6.4. Расчет шпоночных соединений.
- •6.5. Шлицевые соединения.
- •6.6. Соединения с прямобочным профилем зубьев.
- •6.7. Соединения с эвольвентными зубьями.
- •6.8. Соединения с треугольным профилем.
- •6.9. Расчет шлицевых соединений.
- •Лекция 7. Резьбовые соединения.
- •Винтовая линия.
- •Метрическая резьба.
- •Соотношение сил в винтовой паре.
- •Условие самоторможения резьбы.
- •Кпд винтовой пары.
- •Распределение нагрузки по виткам резьбы.
- •Лекция 11. Резьбовые соединения.
- •Классы прочности и материалы резьбовых соединений.
- •Допускаемые напряжения в болтах при постоянной нагрузке.
- •Расчет резьбы на прочность.
- •Расчет ненапряженного болтового соединения (стержень болта нагружен только внешней растягивающей силой без предварительной затяжки).
- •Напряженное резьбовое соединение (расчет винта на совместное действие растяжения и кручения).
- •Болтовое соединение нагружено силами, сдвигающими детали в стыке.
- •Эффект эксцентричного нагружения болта.
- •Болт затянут, внешняя нагрузка раскрывает стык деталей.
- •Обозначение стандартизированной резьбы.
- •Лекция 10. Механические передачи.
- •10.1. Общие сведения о механических передачах.
- •Основные кинематические и силовые соотношения в передачах.
- •10.2. Зубатые передачи.
- •10.2.1. Общие сведения о зубчатых передачах.
- •10.2.2. Геометрия прямозубых цилиндрических колес.
- •10.2.3. Особенности геометрии цилиндрических косозубых и шевронных колес.
- •10.3. Точность зубчатых передач.
- •13.2. Ременные передачи.
- •Детали ременных передач.
- •Геометрические зависимости.
- •Силы в передаче.
- •Скольжение ремня и передаточное число.
- •Напряжения в ремне.
- •Расчет ременных передач.
- •Лекция 14. Фрикционные передачи.
- •Основные типы фрикционных передач и вариаторов.
- •Цилиндрическая фрикционная передача.
- •Коническая фрикционная передача.
- •Лобовой вариатор.
- •Торовый вариатор.
- •Клиноременный вариатор (вариатор с раздвижными конусами).
- •Дисковые вариаторы.
- •Лекция 15. Цепные передачи.
- •Детали цепных передач.
- •Причины выхода из строя цепных передач.
- •Натяжение и смазывание цепи. Кпд цепных передач.
- •Основные параметры цепных передач.
- •Силы в ветвях цепи.
- •Расчет цепных передач.
3.2.3. Влияние качества обработки поверхности на предел выносливости.
С увеличением
шероховатости поверхности детали предел
выносливости понижается. Микронеровности
поверхности (зависят от качества
механической обработки) создают условия
для образования микротрещин и сами
являются концентраторами напряжений
(первичные усталостные микротрещины
возникают обычно в поверхностном слое).
Влияние состояния поверхности на предел
выносливости учитывают коэффициентом
влияния качества обработки поверхности
:
,
где
- предел выносливости испытуемого
образца (детали) с определенной обработкой
поверхности;
- предел выносливости стандартного
тщательно отполированного образца.
Значения
для различных видов механической
обработки приведены в соответствующих
таблицах.
3.2.4. Влияние упрочнения поверхности на предел выносливости.
Для повышения
несущей способности деталей используют
разные способы поверхностного упрочнения:
цементацию, закалку ТВЧ, наклеп (накаткой
роликами, дробеструйной обработкой).
Упрочнение поверхности детали
значительно повышает предел выносливости,
что и учитывают коэффициентом влияния
поверхностного упрочнения
:
,
где
- предел выносливости образца (детали)
с поверхностным упрочнением;
- предел выносливости стандартного
лабораторного образца.
Значения
для различных видов поверхностного
упрочнения приведены в соответствующих
таблицах.
На практике
характеристики сопротивления усталости
ответственных деталей определяют
экспериментально – с помощью испытаний
деталей в условиях, приближенных к
условиям эксплуатации. При этом используют
коэффициенты снижения предела
выносливости
и
,
учитывающие все приведенные выше
коэффициенты:
и
.
Тогда предел выносливости детали в рассматриваемом сечении:
и
,
где
- предел выносливости гладких стандартных
образцов.
3.3. Контактная прочность деталей машин.
Работоспособность
некоторых деталей машин (фрикционные,
зубчатые, червячные и цепные передачи,
подшипники качения) определяет контактная
прочность, т.е. прочность их рабочих
поверхностей, контактирующих под
нагрузкой. Разрушение поверхностей
происходит из-за действия контактных
напряжений в месте контакта двух прижатых
друг к другу деталей, см. рис. 3.6.
Контактные
напряжения обозначают
,
индекс Н в честь немецкого ученого
Герца (Hertz), который в 1882
г. первым дал решение задачи о напряженном
состоянии в зоне контакта (контактная
задача).
При отсутствии внешней нагрузки начальный контакт криволинейных поверхностей происходит в точке (контакт двух шаров) или по линии (контакт двух цилиндров). После приложения внешней нагрузки начальный контакт переходит в контакт по малой площадке, в пределах которой действуют контактные напряжения, быстро убывающие по мере удаления от зоны контакта, см. рис. 3.6.
Рис. 3.6. Эпюры контактных напряжений.
Если величина
контактных напряжений больше допускаемой
(
),
то на поверхности деталей возникают
вмятины, борозды, раковины и трещины.
Величина контактных напряжений определяется по формуле Герца, полученной для зоны касания двух цилиндров по общей образующей:
,
где
- упругая постоянная материалов
соприкасающихся тел, определяемая по
формуле:
;
- удельная контактная
нагрузка;
- нормальное усилие
между цилиндрами;
- длина контактной
линии;
- модули упругости
материалов контактирующих тел;
- коэффициенты
Пуассона материалов контактирующих
тел;
- приведенный
радиус кривизны;
- приведенный
модуль упругости.
При вращении
цилиндров под нагрузкой каждая точка
их сопряженных поверхностей нагружается
только во время прохождения зоны
контакта, а контактные напряжения
в этих точках изменяются по прерывистому
отнулевому циклу (рис. 3.7).
Рис.
3.7. Прерывистый отнулевой цикл изменения
.
Циклическое действие контактных напряжений является причиной усталостного разрушения сопряженных поверхностей (на поверхностях контакта возникают усталостные микротрещины).
Методы увеличения контактной прочности деталей машин:
- увеличение поверхностной твердости;
- уменьшение шероховатости;
- применение смазки;
- замена растягивающих напряжений сжимающими (постоянные растягивающие напряжения уменьшают сопротивление усталости, а сжимающие затрудняют зарождение и рост усталостных трещин).
