Материал: Детали машин и основы конструирования. Учебное пособие. Нилов В.А., Рукин Ю.Б

При определенном числе циклов и уровне напряжений (рис. 2.7 кривая 1) образуется множество трещин, видимых под оптическим микроскопом. Эта стадия характеризует порог трещинообразования (0,7…0,8) разрушающего напряжения для углеродистых и низколегированных сталей. С приближение напряжений к пределу выносливости развитие трещин вступает в критическую фазу (кривая 2). Далее микротрещины, прогрессивно расширяясь, превращаются в макротрещины, которые приводят к разрушению (кривые 3).

15

2.5. Учет переменного характера режима нагружения

Большинство зубчатых передач работают в условиях переменных режимов нагружения. Расчет таких передач по максимальным нагрузкам приводит в предположении их постоянного действия приводит к ненужному утяжелению передачи.

В настоящее время для расчета таких передач принято за

расчетную принимать максимальную рабочую нагрузку, а переменный характер нагружения учитывать соответствующим выбором допускаемых напряжений.

Рис. 2.8 К выводу формулы для расчета коэффициента долговечности

Из уравнения кривой Велера следует:

где N0 – число циклов нагружения до перегиба кривой усталости (базовое число циклов). При расчете на изгиб N0 =3*106; при расчете на контактную прочность N0 = 107;

ζ0 – предел выносливости;

ζi и Ni – напряжение и число циклов нагружения до разрушения;

m – показатель кривой усталости. Можно записать, что:

16

В этом случае:

где [ζ] – допускаемое напряжение при переменном режиме нагружения с эквивалентным числом циклов нагружения NE;

[ζ]0 – допускаемое напряжение при длительной работе (здесь предел выносливости при отнулевом цикле, r = 0);

KL – коэффициент долговечности или режима нагрузки. Если NE > N0 , то деталь работает за перегибом кривой устало-

сти и KL =1,0;

NE – эквивалентное число циклов нагружения при напряжениях [ζ].

Эквивалентным называют расчетное (воображаемое) число циклов, которое при постоянной нагрузке дало бы такой же эффект усталости, что и действительная переменная нагрузка в течение фактического числа циклов.

2.6. Методы определения допускаемых напряжений

Существуют два метода выбора допускаемых напряже-

ний

а) табличный метод – конкретен, прост, удобен для пользования. Широко используется в НИИ, на заводах, СКТБ…

В зависимости от материала, вида термической обработки, технологии изготовления, цикла нагружения приведены в таблицах заранее рассчитанные значения допускаемых напряжений для отдельных видов деталей.

б) дифференциальный метод, заключающийся в том, что допускаемое напряжение определяется по формуле, учитывающей основные факторы, влияющие на прочность детали.

Например: по ГОСТ 21354-75 допускаемые контактные напряжения [ζ]H определяют по формуле:

[ζН] = ζН· KНL· ZR· ZV /SH

17

где ζН – предел контактной выносливости при базовом числе циклов;

KНL – коэффициент долговечности;

ZR – коэффициент, учитывающий шероховатость сопряженных поверхностей;

ZV – коэффициент, учитывающий окружную скорость (при приближенном расчете ZR· ZV ≈ 1,0);

SH – коэффициент безопасности (1,1…1,3) в зависимости от термообработки.

ЛЕКЦИЯ 3.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О НАДЕЖНОСТИ

ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Учебные вопросы Надежность. Понятия и определения

Показатели надежности. Диаграмма развития отказов Общие направления повышения надежности

3.1. Надежность. Понятия и определения

Повышение надежности машин – одна из важнейших народнохозяйственных задач. Высокая надежность машин необходима для повышения уровня автоматизации, уменьшения огромных затрат на ремонт и убытков от простоев машин, для обеспечения безопасности людей.

В настоящее время в машиностроении необходимо значительно повысить надежность выпускаемой техники.

Определение надежности:

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации.

Первостепенное значение надежности в технике связано с тем, что она в значительной степени определяет развитие тех-

18

ники по основным направлениям: автоматизация производства, интенсификация рабочих процессов и транспорта, экономия материалов и энергии.

Современные технические средства состоят из множества взаимодействующих механизмов, аппаратов и приборов. Так, автоматизированный прокатный комплекс насчитывает более миллиона деталей. Современные системы радиоуправления ракетами имеют десятки миллионов элементов и т.д. Отказ в работе хотя бы одного ответственного элемента сложной системы без резервирования приводит к остановке всей системы. Например, в 1965 году в США произошла крупнейшая авария в системе энергоснабжения, оставившая огромную часть территории страны с населением в 40 млн. человек в течение 14 часов без электроэнергии. Причиной аварии был выход из строя одного реле на распределительном щите Ниагарской ГЭС.

Последствия низкой надежности в строительстве просто ужасны (землетрясение в Армении в декабре 1988 года). Сравнить с последствиями землетрясения в Калифорнии в США

(1989 г.).

Недостаточная надежность оборудования приводит к огромным затратам на ремонт, к простою оборудования, к авариям, связанным с большими экономическими потерями, разрушениями и человеческими жертвами.

На восстановление работоспособности отдельных групп машин ежегодно требуется средств больше стоимости выпускаемой ими продукции.

В теории надежности рассматриваются следующие обобщенные объекты:

Изделие – единица продукции, выпускаемая данным предприятием, цехом и т.д. Например, станок, подшипник, ремень.

Элемент – простейшая при данном рассмотрении составная часть изделия.

Система – совокупность совместно действующих элементов с целью выполнения заданных функций.

19