Основы расчета деталей машин, выбор допускаемых напряжений и материалов

Современные тенденции в машиностроении - увеличение мощнос­тей и скоростей агрегатов при уменьшении удельного расхода мате­риалов на машину и повышении кпд - выдвигают требование постоян­ного совершенствования методов проектирования машин, основой ко­торых являются расчеты их деталей.

Деталь должна быть прочной и износостойкой в течение задан­ного срока службы. Этот срок определяет долговечность машины в целом.

Необходимая и достаточная прочность детали обеспечивается такими ее размерами и формой, которые исключают поломку и появле­ние остаточных деформаций.

Размеры и формы деталей определяются путем расчета их на прочность или изнашивание по допускаемым напряжениям.

При определении допускаемых напряжений часто пользуются диф­ференциальным методом, предусматривающим определение коэффициента запаса прочности произведением ряда частных коэффициентов, учиты­вающих однородность механических качеств материала, условия рабо­ты детали (рисунок 1.1), точность расчетов, концентрацию напряжений, форму поперечного сечения, состояние поверхности, способ изготов­ления и пр. Метод позволяет составить таблицы значений дифференциального коэффициента запаса прочности для конкретных групп де­талей (таблица 1.3).

Допускаемые напряжения определяются по формуле:

, (1.1)

где s_пр - предельное (опасное) напряжение, при котором возможно разрушение детали или возникновение необратимых дефор­маций;

к_з – коэффициент запаса прочности , определяемый из таблицы 1.3.

а - статическое напряжение; б - пульсирующий цикл напряжений; в - симметричный цикл напряжений

Рисунок 1.1 - Характер изменения напряжений в деталях машин

Таблица 1.3 - Ориентировочные значения коэффициентов запаса прочности

За предельное напряжение принимается: s_пр = s_т. При воздействии на деталь пульсирующей нагрузки , изменяющейся от 0 до «+» max или от 0 до «-» max,

, (1.2)

где s_-1 – предел выносливости при симметричном цикле; s_т – предел текучести материала при воздействии на деталь знакопеременной нагрузки:

при симметричном цикле s_пр = s_-1 ,

при несимметричном цикле

, (1.3)

где - коэфф. несимметричности цикла; и - максимальное и минимальное значение напряжений, возникающих в деталях.

Напряжения в деталях машин определяются по формулам сопротивления материалов и теории упругости с учетом особенностей нагружения.

Напряжение при растяжении и сжатии :

, (1.4)

где Р - действующее усилие; F - площадь поперечного сечения элемента.

Напряжение при срезе (сдвиге)

. (1.5)

Напряжение при изгибе

, (1.6)

где М_И - изгибающий момент в сечении; W_п - момент сопротивления поперечного сечения при изгибе.

Напряжение при кручении

, (1.7)

где М_кр - крутящий момент; W_кр - момент сопротивления сечения при кру­чении.

Напряжение при продольном изгибе

, (1.8)

где j - коэффициент уменьшения допускаемого напряжения при про­дольном изгибе, зависящий от гибкости стержня l и материала. При гибкости стальных стержней от 0 до 200 коэффициент j изменяется от 1 до 0,19.

Гибкость стержня определяется так:

, (1.9)

где - расчетная длина стержня; r₁ - минимальный радиус инерции сечения;

J - момент инерции сечения F относительно ней­тральной оси.

Напряжение при изгибе и одновременном растяжении-сжатии

. (1.10)

Напряжение при одновременном изгибе и кручении

, или

. (1.11)

Дифференциальный метод позволяет наиболее полно учесть все факторы, влияющие на выбор допускаемых напряжений, требует нали­чия опыта в конструировании, поэтому в отдельных случаях пользуют­ся табличным методом.

Этот метод заключается в выборе допускаемых напряжений по таблицам в зависимости от вида материала, деформации и характера нагружения (расчет зубчатых колес, болтов, подшипников скольже­ния, ременных, червячных и фрикционных передач).

Контрольные вопросы

1 Какие технико-экономические показатели характеризуют машину и как их рассчитать?

2 Дать математическую модель машины и анализ ее составляющих.

3 Какие материалы применяются в машиностроении и чем сталь отли­чается от чугуна, а бронза от латуни?

4 Как маркируются стали?

5 Для чего и какие смазочные материалы применяются в машиностро­ении?

6 Какие напряжения возникают в деталях машин и как они оп­ределяются?

Дата добавления: 2014-10-10; просмотров: 404; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!