вход Вход Регистрация



Трудоспособность и надежность деталей машин характеризуется определенными критериями. Поодиночке или нескольким из этех критериев ведут расчеты, цель которого — определение размеров и материалов деталей.

Самые важные критерии: прочность, жесткость, износоустойчивость, теплостойкость, вибростойкая.

Нагрузка на детали машин и напряжения в них, как известно, могут быть постоянными и сменными.

Детали, которые подвергаются постоянным напряжениям в чистом виде, в машинах почти не встречаются. Постоянное, недвижимое в просторные нагрузки вызывает в деталях, которые оборачиваются (валух, осях, зубьях зубчатых колес), сменные напряжения.

Однако некоторые детали работают с малоизменяемым напряжениями, которые можно принять при расчетах за постоянные.

К таким деталям могут быть отнесены детали с большими сипи тяжести ( в транспортных и подъемно-транспортных машинах), детали с большим начальным затягиванием ( заклепки, части крепежных болтов, пружины).

Сменные напряжения, прежде всего, характеризуются циклом изменения напряжений. Следующие циклы изменения напряжений:

а) от нулевого цикла, в котором напряжению меняются от нуля до максимума (зубы зубчатых колес, которые работают в один бок, штоки, толкатели);

б) знакопеременный симметричный цикл, в котором напряжения
меняются от негативного до такого же положительного ( напряжения изгиба в валах, которые оборачиваются, и осях);

в) асимметрический, знакопостоянные (винты, пружины) или знакопеременный цикл.

Сменные режимы могут быть регулярными, то есть с постоянной амплитудой и нерегулярными, с непостоянными амплитудами.

Нагрузки могут меняться плавно или прикладываться внезапно (удары). Существующие ударные нагрузки действуют в машинах ударного действия и в транспортных машинах.

Выбор коэффициента запаса прочности является ответственной задачей для конструктора (Табл. 2.2).

Расчеты в предположении неблагоприятных объединений характеристик материалов, нагрузок и т.д. приводят к ненужному утяжелению деталей. Поэтому в данное время переходят на расчеты по заданной достоверности безотказной работы.

Расчеты на прочность ведут по номинальным напряжениям, которые допускаются, по коэффициенту запаса прочности (запасам прочности) или по достоверности безотказной работы.

 

Таблица 2.2. Ориентировочные значения коэффициента запаса прочности

Условия

 

изготовление

Условия расчета Требования к надежности,

 

долговечности,

эргономичности

снижении средние повышении
повышенные Повышенные

 

Средние

сниженные

(1,0..1,1)

 

(1,2..1,4)

(1,4..1,7)

1,1..1,2

 

1,4..1,6

1,6..2,0

1,2..1,4

 

1,5..1,8

1,8..2,3

сниженные Повышенные

 

Средние

сниженные

2,2..2,9

 

2,4..3,2

2,6..3,5

2,6..3,5

 

2,8..3,9

3,1..4,2

(3,0..4,0)

 

(3,3..4,5)

(3,6..5,0)

( - ) по возможности не применять.

 

Для конструкций, разрушение которых особо опасное для жизнь людей (грузоподъемные машины, паровые котлы и т.д.) коэффициент запаса прочности, а также методы расчетов регламентируются нормами Держтехнадзора.

Жесткость, то есть способность детали оказывать сопротивление изменению формы под действием сил есть рядом с прочностью, одним из самых важных критериев трудоспособности машины.

Во многих деталях машин напряжения значительно ниже за предельные (например, в станинах прокатных станов) и размеры таких деталей диктуются именно условиями жесткости.

Актуальность критерия жесткости беспрерывно возрастает, поскольку усовершенствование материалов происходит главным образом в направлении увеличения мощьности характеристик, тогда как модуль упругости повышается значительно меньше, или даже хранится постоянным, как, например, у сталей.

Требования к жесткости деталей машин определяются:

1. Условиями прочности детали;

2. Условиями трудоспособности детали совместно со связанными
деталями, например, жесткость валов определяет удовлетворительную работу
подшипников, а также передач;

3. Условиями динамической стойкости (отсутствие резонанса
колебаний или недопустимых автоколебаний);

4. Технологическими условиями (невозможностью высокопроизводительной обработки);

5. Условиями удовлетворительной работы машины в целом.
Жесткость деталей машин приблизительно определяется собственной жесткостью деталей, которые рассматриваются как брусья, пластины или оболочки с сопротивлениями, которые идеализируются, определяются контактной жесткостью, то есть жесткостью поверхностных пластов в местах контакта.

Для большинства деталей при действия значительных нагрузок основное значение имеют собственные деформации. В точных машинах при относительно малых нагрузках и ненатянутых стыках (взаимно подвижных деталей) контактные деформации в балансе перемещений играют весьма существенную и даже преобладающую роль.

Контакт деталей может быть в условиях:

1. Начального прикосновенья в точке или по линии шаров или цилиндров;

2. Большой номинальной площади прикосновенья.

В обеих случаях контактные перемещения существенные в связи с малой фактической площадью контакта.

Контактные сближения тучных однородных тел с начальным прикосновеньем в точке или по линии, исчисляются по помощи теории Герца. Контактные сближения при большой номинальной площади контакта определяют на основе экспериментально установленных коэффициентов контактной податливости. Для направляющих прямолинейного движения контактные сближения на 1Мпа давки в каждом стыке составляют близко 10 мкм при ширине граней до 60 мм и до 40 мкм при ширине — 400 мм. При посадках подшипников катания на вал и в корпус, деформации составляют 0,1 - 0.6 мкм на 1Мпа.

Потеря деталями стойкости характеризуется тем, что они, находясь под нагрузкой, после дополнительной деформации на малую величину в пределах упругости не возвращаются в первичное состояние.

Стойкость является критерием, который определяет размеры:

А) длинных и тонких деталей, которые работают на сжатие;

Б) тонких пластин, предрасположенных к сжатию в плоскости пластины;

В) оболочек, предрасположенных к внешней давке.

Изнашивание – процесс разрушения и отделение материала из поверхности твердого тела и (или) накопление его остаточной деформации при тертые. Износ оказывается в постепенном изменении размеров и (или) формы.

Износ ограничивает долговечность деталей по следующим критериям трудоспособности машины:

1. По потере точности;

2. По снижению КПД, увеличению истоков;

3. По снижению прочности вследствие уменьшения сечений, увеличение динамических нагрузок, неравномерного износа опор;

4. За увеличением шума;

5. По полному стиранию;

Виды изнашивания:

1. Механические;

2. Механический^-механическое-механическое-молекулярно-механическое изнашивание (изнашивание при схватывании). Схватывания происходит вследствие молекулярных сил при тертые;

3. Механический^-механическое-механическое-коррозийно-механическое изнашивание, которое сопровождается химическим или электрическим взаимодействием материала со средой.

При абразивном изнашивании, а также при тертые с малой давкой, без смазывающего материала показатель изнашивания m близкий к единице; при тертые без смазывающих материалов со значительной давкой m = 1…2, в среднем 1,5; при полужидком смазочном масле m = 3.

Теплостойкость связана с работой машин.

Работа машин сопровождается тепловыделением, которое вызывается рабочим процессом машин, и трением у них механизмах.

Тепловыделение, связанное с рабочим процессом, особенно интенсивно у тепловых двигателей, электрических машин, литейных машин, и машин для горячей обработки материалов.

В результате нагрева могут возникать следующие вредные для работы машин явления:

1. Понижение несущей способности деталей, наблюдаемые у деталей из сталей при температурах выше 300..4000С и у деталей из большей части пластмасс при температурах выше 100..1500С. Это связано с понижением основных механических характеристик материалов, с окрихчуванням – потерей пластичности во времени и с повышением ползучести (малая беспрерывная пластическая деформация при продолжительной погрузке).

Ползучесть очень опасная в связи с возможностью выборки зазоров у деталей, которые оборачиваются или поступательно перемещаются:

2. Понижение защитной способности масляного пласта, который разделяет детали машин, который трись, и как следствие, появление повышенного износа или «заедание»;

3. Изменение зазоров в подвижных соединениях в следствии обратных температурных деформаций;

4. Изменение свойств поверхностей, который трись, например, снижение коэффициента трения в тормозах;

5. Понижение точности машины вследствие обратных температурных деформаций.

На точность и трудоспособность машины влияют температурные деформации:

1. Что вызываются равномерным нагревом деталей из конструкционных материалов с разными коэффициентами линейного расширения;

2. Что вызываются неравномерным нагревом в связи с наличием местных источников теплоты и с общим быстрым изменением температуры в помещении, поскольку мелкие детали быстро достигают новой температуры, а крупные – исподволь.

Надежность (общая) – свойство изделия выполнять в продолжи заданного времени или заданного наработки свои функции, сохраняя в заданных границах эксплуатационные показатели.

Надежность изделий обуславливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохранностью.

Безотказность – свойство сохранять трудоспособное состояние в продолжи заданного наработки без вынужденных перерывов. Это свойство особенно важное для машин, отказы которых связаны с опасностью для жизни людей (например, самолеты).

Долговечность – это свойство изделия сохранять трудоспособное состояние с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта.

Теротехнология происходит от греческого слова "терейн" — поддержка, сохранение.

Отмеченные особенности металлургического производства и оборудования требуют комплексного подхода к обеспечению необходимой эффективности функционирования оборудования. Такой подход состоит в решении проблем проектирования во взаимосвязи с его изготовлением, эксплуатацией, техническим обслуживанием, ремонтом и модернизацией. Этот подход предусматривает создание системы обеспечения эффективного функционирования агрегатов и оборудование с учетом указанных факторов на протяжении всего срока службы и составляет предмет науки, которая получила название "теротехнология".

Теротехнология - это технология обеспечения эффективного функционирования оборудование на протяжении всего срока службы с учетом технологических, технических и организационных факторов и связей между ними, основанная на беспрерывном выявлении и устранении причин, которые снижают эффективность функционирования.

 

Случайные новости

4.7 Энергетический уравнение Бернулли

Рассмотрим модель движения жидкости, предложенную Эйлером - это ручьевая модель потока. Элементарный ручеек - это поток жидкости, протекающей внутри бесконечно малой трубки, поверхностями которой линии тока. Поскольку линии тока ограничивают элементарный ручей, то вектора скоростей на поверхности его направлены по касательным к поверхности. То есть ни одна частица движущейся жидкости не может проникнуть в ручей, а так же не может выйти из ручья через поверхность. Тогда получается, что ручей ведет себя как трубка с непроницаемыми стенками. Поперечное сечение ручья , поэтому можно допустить, что в пределах пересечения ручья все частицы движутся с одинаковыми скоростями. Совокупность ручьев, заполняющего поперечное сечение размеров, образует поток. Уравнение Бернулли (4.27) справедливо для любой линии тока, проходящего внутри элементарного ручья. Уравнение Бернулли (4.27) можно назвать уравнением Бернулли для ручья идеальной жидкости. Запишем уравнение Бернулли для двух сечений элементарного ручья:

 

Или:

 

Изменение кинетической энергии единицы массы жидкости при перемещении из одного пересечения ручья в другой равна: , если отнести кинетическую энергию элементарного ручья к единице веса, изменение ее равна: .
Изменение потенциальной энергии положения при перемещении единицы массы внутри элементарного ручья равна: , изменение потенциальной энергии, отнесенное к единице веса равна .
Рассмотрим перемещение элементарного объема несжимаемой идеальной жидкости внутри элементарного ручья (рисунок 4.3).
Поскольку поперечное сечение элементарного ручья бесконечно мал, можно считать, что он перпендикулярен к линии тока. Т.е. площадь поперечного сечения перпендикулярна вектору скорости .
Стенки элементарной трубки параллельные векторам скоростей частиц жидкости, протекающие стенок (по определению ручья). Силы давления, действующей на стенки элементарного ручья, внешними для ручья, поэтому по внутренней нормали к поверхности ручья. . Поскольку силы давления перпендикулярны к перемещениям частиц, они работы не выполняют.
Силы давления в сечениях, нормальных к скорости, будут равны:
,

 

.

где: - длина бесконечно малого объема жидкости
р- Давление, сменный длины .

Рисунок 4.3

- Изменение давления при перемещении длины на единицу
- Объем жидкости, заключенный в изолированном элементарном ручье
Элементарная работа, проведенная силами давления при перемещении элементарного объема внутри ручья на расстоянии, будет равна:

 

 

(4.28)
где: - элементарная смена давления при перемещении линии тока.
Тогда, работа, проведенная силами давления при перемещении изолированного объема жидкости одной точки линии тока в другую, равна:
где: - давление в соответствующих точках ручья или линии тока.
Отнесем проведенной работе к единице массы, перемещаемой силами давления вдоль элементарного ручья:

Тогда, работа, отнесенная к единице веса:

Таким образом, силы, производять работу по перемещению единицы массы или единицы веса несжимаемой жидкости, это силы давления.
Закон сохранения энергии при перемещении жидкости элементарного ручья от одной к другой: изменение кинетической и потенциальной энергии положения при перемещении элементарного объема жидкости равно работе сил давления на этом перемещении. Таким образом, уравнение Бернулли закон сохранения энергии, отнесенной к единице массы:
(4.29)
Если отнести запас энергии в единице веса, закон сохранения энергии примет вид:
(4.30)
В уравнении (4.30) каждый слагаемое имеет линейную размерность и выражает напор, под которым понимают высоту столба жидкости, давление в данной. Следующим образом:
z- Геометрический, характеризующий положение жидкой частицы какой-либо произвольной плоскости.
- Пьезометрического, т.е. высота столба жидкости, уравновешивающий давление в данной.
- Скоростной, представляющий высоту столба жидкости в трубке полного (Рисунок 4.4).
Сумма: () называется гидростатическим, а сумма всех трех слагаемых в выражении (4.31) называется гидродинамическим или полным. Таким образом уравнению Бернулли можно добавить геометрический: сумма трех: геометрического, пьезометрического и скоростного элементарного ручья является величиной постоянной при движении идеальной несжимаемой жидкости (рисунок 4.4).
N-N - Напорная линия
O-O - Плоскость отсчета
P-P - Пьезометрического линия, лежащая ниже напорную на величину скоростного.



Рисунок 4.4

© 2019
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру