Требования к машинам и критерии их качества
Поскольку человеку свойственно хотеть всего и сразу, то требования к машинам многообразны и часто противоречивы, однако их можно условно разделить на основные взаимосвязанные группы:
· технологические требования;
· экономические требования;
· эксплуатационные требования.
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ – изготовление изделия при минимальных затратах труда, времени и средств при полном соответствии своему назначению.
ЭКОНОМИЧНОСТЬ – минимальная стоимость производства и эксплуатации.
НАДЁЖНОСТЬ – свойство объекта сохранять во времени способность к выполнению заданных функций.
РАБОТОСПОСОБНОСТЬ – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции.
Работоспособность деталей и машин определяется как свойство выполнять свои функции с заданными показателями и характеризуется следующими критериями:
ПРОЧНОСТЬ – способность детали сопротивляться разрушению или необратимому изменению формы (деформации);
ЖЁСТКОСТЬ – способность детали сопротивляться любой деформации;
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ – способность сохранять первоначальную форму своей поверхности, сопротивляясь износу;
ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ – способность сохранять свои свойства при действии высоких температур;
ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ – способность работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний.
Основными критериями качества машин считают:
МОЩНОСТЬ – скорость преобразования энергии;
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ – объём работы (продукции, информации), выполняемой в единицу времени;
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ – доля дошедшей до потребителя энергии (мощности);
ГАБАРИТЫ – предельные размеры;
ЭНЕРГОЁМКОСТЬ - расход топлива или электричества отнесённый к объёму работы (пройденному расстоянию, произведённой продукции);
МАТЕРИАЛОЁМКОСТЬ – количество конструкционного материала машины, обычно отнесённого к единице мощности;
ТОЧНОСТЬ – способность максимально соответствовать заданному положению (скорости и т.п.);
ПЛАВНОСТЬ ХОДА – минимальные ускорения при работе машины. Условия нормальной работы деталей и машин Успешная работа деталей и машин заключается в обеспечении работоспособности и надёжности.
Отказы бывают полные и частичные; внезапные (поломки) и постепенные (износ, коррозия); опасные для жизни; тяжёлые и лёгкие; устранимые и неустранимые; приработочные (возникают в начале эксплуатации) и связанные с наличием дефектных деталей; отказы по причине износа, усталости и старения материалов.
Надёжной можно считать машину, имеющую следующие свойства.
БЕЗОТКАЗНОСТЬ – способность сохранять свои эксплуатационные показатели в течение заданной наработки без вынужденных перерывов.
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ – способность сохранять заданные показатели до предельного состояния с необходимыми перерывами для ремонтов технического обслуживания.
РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ – приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей
посредством техобслуживания и ремонта.
СОХРАНЯЕМОСТЬ – способность сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортирования.
ПРОЧНОСТЬ ЯВЛЯЕТСЯ ВАЖНЕЙШИМ КРИТЕРИЕМ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И НАДЁЖНОСТИ.
Материалы, используемые при изготовлении деталей машин
Сталь
Сплав железа (Fe) с углеродом (C).
Виды стали:
по химическому составу:
1. углеродная (С до 1.8%, Fe до 98.2%); 2 легированная;
по применению:
1. инструментальная; 2.конструктивная;
по качеству:
1. углеродистая обыкновенного качества (Ст.1; Ст.2; … Ст.6;);
2. углеродистая качественно-конструктивная (Ст.10; Ст.15; Ст.20; … Ст.60;);
3. легированная (20Х2Н4А — хромоникелевая);
Чугун
Сплав железа (Fe) с углеродом (С).
Виды чугуна:
1. серый (С=3.6%); 2. белый (С=4%); 3. ковкий (С=4% — отбеленный);
Сплавы
На основе алюминия (Al):
1. дюралюминий; 2.силумин;
На медной основе:
1. бронза; 2 баббит; 3 латунь;
Пластмассы
1. текстолит; 2.ДСП; 3.капрон, нейлон (полиалкидные смолы); 4. гетинакс; 5. эбонит; 6. фаолит; 7. фторопласт; 8. винипласт; 9. плексиглас (органическое стекло).
Лекция 4
Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или иным способом. Эти связи можно разделить на подвижные, к которым относятся различного рода шарниры, подшипники, зацепления, и неподвижные– резьбовые, сварные, шпоночные и др (рис.1).
Рис. 1 Общий вид соединений деталей машин
Наличие подвижных связей в машине обусловлено ее кинематической схемой. Неподвижные связи (жесткие или упругие) вызываются потребностью расчленения машины на узлы и детали. Это делают для того, чтобы упростить производство машины, облегчить ее сборку, ремонт, транспортировку и т.д.
Неподвижные связи в технике называют соединениями.
По признаку разъемности все виды соединений можно разделить на разъемные и неразъемные.
Разъемные соединения позволяют разбирать узлы без повреждения деталей. К ним относятся резьбовые, штифтовые, клиновые, клеммовые, шпоночные, шлицевые и профильные соединения.
Неразъемные соединения не позволяют разбирать узлы без разрушения или повреждения деталей. Применение неразъемных соединений обусловлено в основном технологическими и экономическими требованиями. К этой группе соединений относятся: заклепочные, сварные и прессовые.
По типу соединяемых деталей можно выделить:
а) соединения деталей типа вал и ступица: шпоночные, шлицевые, профильные и прессовые;
б) соединения всех других деталей(корпусных, листовых, трубчатых и т.д.): резьбовые, сварные, заклепочные.
Основным критерием работоспособности и расчета соединений является прочность – статическая и усталостная.
Соединение с натягом — технологическая операция получения условно разъёмного соединения, которое получается при вставлении одной детали (или части её) в отверстие другой детали. Обычно соединяют детали с цилиндрическими или коническими поверхностями, также эти поверхности могут быть эллиптическими, призматическими и др.
Для получения неподвижного соединения необходим натяг (положительная разность диаметров вала и отверстия). После сборки вал и отверстие благодаря упругим и пластическим деформациям принимают один размер. Сборка соединения с натягом производится запрессовкой или температурным деформированием.
Заклёпочное соединение — неразъёмное соединение деталей при помощи заклёпок. Обеспечивает высокую стойкость в условиях ударных и вибрационных нагрузок (рис.2). Известно с древности.
Рис.2 Соединение листов заклепкой
Заклёпочные соединения делятся на:
· прочные (рассчитанные только на восприятие и передачу силовых нагрузок),
· плотные (герметичные) (обеспечивают герметичность конструкций в резервуарах с невысоким давлением),
· прочноплотные (восприятие силовых нагрузок и герметичность соединения).
По конструкции заклёпочные соединения делятся на однорядные и многорядные с цепным или шахматным расположением заклёпок, а в зависимости от количества плоскостей среза — одно- и многосрезные.
По характеру воздействия нагрузки на заклёпочное соединение — швы с поперечной нагрузкой, перпендикулярной оси заклёпок, и продольной, параллельной оси заклёпок.