Проектні та перевірочні розрахунки
РОЗДІЛ1. ВИХІДНІ ПОЛОЖЕННЯ ДЛЯ РОЗРАХУНІВ ТА КОНСТУЮВАННЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Тема1.1 Основні критерії працездатності та розрахунку деталей машин
Критерії працездатності
Досконалість конструкції деталі оцінюють за її надійності та економічності. Для того щоб бути надійними деталі повинні бути працездатними.
Працездатність деталей оцінюють за наступними критеріями:
Міцність (прочность) – здатність деталей працювати без виникнення опорних деформацій, поломок та руйнувань.
Де 
– граничне напруження;s - розрахункове напруження; s – дійсний розрахунковий коефіцієнт запасу s>1; 
– потрібний коефіцієнт запасу (приймають у машинобудуванні1,2 – 1,5).
Також користуються умовою міцності у такій формі:
s[s]
Де 
нормальне допустиме напруження.
Дотичне напруження t[t].
Крім звичайних видів руйнування деталей (поломок), спостерігаються також випадки, коли під дією навантажень, що притискають деталі одну до іншої, виникають місцеві напруження і деформації. Наявність контактних напружень може призвести до руйнування деталей. Тому для багатьох деталей проводиться розрахунок за умовою контактної міцності:
sн[s]н;
sн 
Де sн – розрахункове контактне напруження (формула Герца); q – навантаження на одиницю довжини контакту; Епр – приведений модуль пружності; rпр – приведений радіус кривизни; [s]н - допустиме контактне напруження.
Ця формула отримана для двох круглих циліндрів довжина яких нескінченно великі, а матеріали їх мають коефіцієнт Пуассона m=0,3.
Жорсткість – здатність деталей опиратися зміні форми під дією сили.
Зносостійкість – здатність деталей опиратися абразивному й втомному зносу, який викликає поступове зменшення розмірів й зміну запроектованої форми деталей.
Рис. 1.2 – Види старіння і спрацювання
Зношування деталей можна зменшити за допомогою таких конструкційних й експлуатаційних заходів:
- Створити при проектуванні деталей умови, що гарантують тертя з мастильним матеріалом;
- Вибрати відповідні матеріали для спряженої пари;
- Дотримуватись технологічних вимог при виготовленні деталей;
- Наносити на деталь покриття.
Розрізняютьнаступніметодинанесеннязахиснихпокриттів:
1. гальванічний;
2. дифузійний;
3. розпилювання (металізація);
4. занурення в розплавлений метал (гарячий метод);
5. механо-термічний (плакування).
По механізму захисту розрізняють металічні покриття анодні і катодні. Метал анодних покриттів має електродний потенціал більш негативний, ніж потенціал металу, що захищається.
Катодні металеві покриття, електродний потенціал яких більш електропозитивний, ніж потенціал основного металу, можуть служити надійним захистом від корозії тільки за умови відсутності в них пор, тріщин і інших дефектів.
Теплостійкість–здатність деталей працювати при високих та низьких температурах. Тепловиділення, яке пов’язане з робочим процесом, має місце в теплових двигунах, електричних машинах, ливарних машинах і в машинах для гарячої обробки матеріалів. Нагрівання деталей машин може викликати такі шкідливі наслідки: зниження міцності матеріалів і появу залишкових деформацій ( виникає явище повзучості, яке спостерігається в машинах з дуже напруженим тепловим режимом, наприклад в лопатках газових турбін); зниження захисної здатності мастильних плівок, а отже збільшення зносу деталей, що труться; зміну зазорів у спряжених деталях, що працюють в умовах багаторазової циклічної зміни температури, можуть виникнути і розвинутисямікротріщини, що приводить в окремих випадках до руйнування деталей.
Для забезпечення нормального теплового режиму роботи деталей і вузлів машин у ряді випадків виконують спеціальні розрахунки, наприклад, теплових розрахунок черв’ячних редукторів.
Вібростійкість – здатність конструкції працювати у потрібному діапазоні режимів у границі допустимих коливань. Особливо небезпечними є резонансні коливання.
Проектні та перевірочні розрахунки
У курсі «Деталі машин» прийняті дві форми розрахунку – проектна та перевірочна.
При проектному розрахунку визначають розміри деталей за формулами, які відповідають головному критерію працездатності(міцність, жорсткість, зносостійкість тощо). Проектні розрахунки виконуються як попередні.
Виведемо формулу проектного розрахунку для стержня круглого перерізу, що працює на розтяг. Для круглого стержня, що працює на розтяг, умова міцності має вигляд
Звідси діаметр небезпечного перерізу
,
Де Nz - поздовжня сила в небезпечному перерізі стержня.
При перевірочному розрахунку за допомогою головного критерію працездатності визначаються фактичні напруження й коефіцієнти запасу міцності деталі й порівнюються з допустимими величинами, тобто перевіряється умова міцності. Іноді конструктору задають чітко обмежені розміри і він повинен вмістити деталь або вузол у них. Тоді за допомогою розрахунку він визначає розміри і матеріал деталі. Багато розмірів береться з креслення, а потім ці розміри перевіряють розрахунком.
Перевірочний розрахунок використовують також для визначення норми навантаження вже існуючих конструкцій.
При розрахунку деталей машин одним з відповідальних етапів є вибір матеріалів. Вірно обраний матеріал значною мірою визначає якість деталей й машини в цілому.
Питання:
1. Охарактеризуйте основні критерії працездатності: міцність, жорсткість, зносостійкість, теплостійкість, вібростійкість.
2. Перерахуйте методи зменшення зношування деталей.
3. Що визначається при проектному розрахунку?
4. Що визначається при перевірочному розрахунку?