Файл: Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения учебник.pdf

пуск бц. При этом учитывают рекомендации, изложенные в § 13. Необходимо также проводить оптимизацию допусков функцио­ нальных параметров, устанавливая наименьшие допускаемые от­ клонения на те параметры, которые в наибольшей степени влияют на эксплуатационные показатели машин. Это будет увеличивать запас работоспособности машин.

Если погрешности некоторых параметров не подчиняются закону Гаусса, то под знак корня в формулу (205) вводят коэф­ фициент относительного рассеяния /с|, характеризующий степень отличия закона распределения погрешностей этого параметра от нормального.

В ряде случаев между параметрами хи х2, •••, хп, рассматри­ ваемыми попарно, может существовать корреляционная связь, характеризуемая для каких-либо параметров ж* и Xj коэффициен­ том корреляции i\j. В этом случае зависимость между диапазо­ нами рассеяния эксплуатационного показателя и функциональ­

т — число попарно корреляционно связанных параметров. Примером такой связи является связь частоты собственных

колебаний рабочих лопаток турбин с их размерными и другими функциональными параметрами, часть которых связана между собой корреляционной зависимостью В

При решении вопросов функциональной взаимозаменяемости и комплексной стандартизации иногда необходимо знать, как изменяются эксплуатационные показатели в зависимости от вре­ мени или какого-либо другого неслучайного фактора t . Тогда некоторые функциональные параметры будут являться случай­ ными функциями, характеристики которых зависят от значения неслучайного фактора t. Уравнение (260) для этого случая при­

Характеристиками случайных функций xt (t) являются такие неслучайные функции, как математическое ожидание Мх{ (t), дисперсия Dxi (t), среднее квадратическое отклонение axi (t) и автокорреляционная функция Вх{ (t', t"). Для какого-либо фик­ сированного значения времени t случайная функция xt (t) прев­ ращается в случайную величину, а математическое ожидание, дисперсия и среднее квадратическое отклонение становятся число­ выми характеристиками случайной величины х4.

В ряде случаев при определении величин допусков бу в зави­ симости от величин допусков ба:, применяют метод статистических1

1 По результатам исследований канд. техн. наук И. Г. Фридлендера.

447

испытаний (метод Монте — Карло) и др. В отдельных случаях, когда аналитически установить связь у с x t трудно, ее определяют экспериментально (см., например, табл. 18).

Взаимозаменяемость но механическим свойствам материала и показателя качества поверхности деталей. Известно, что для получения наивысшего качества машин и изделий необходимо устанавливать оптимальное значение механических свойств мате­ риала деталей и допуски на отклонения этих свойств. Рассмотрим несколько примеров.

Важнейшее эксплуатационное свойство режущих инструмен­ тов из быстрорежущей стали — стойкость — обеспечивается при­

При этом следует иметь в виду, что с увеличением твердости материала снижаются его пластические свойства и увеличивается чувствительность к концентрации на­ пряжений. Например, на рис. 201 показано, что при HRC 39— 41 количество преждевременно разрушившихся болтов (разруше­ ние не по резьбе, а в месте перехода резьбы к гладкому стержню или стержня к головке) составляет 25%, а при IIRC 49—51 — уже 50% количества испытанных. Такая низкая надежность при эксплуатации болтов высокой прочности недопустима. Поэтому циклически нагруженные болты из легированных сталей должны иметь твердость HRC 32—35.

448

При увеличении твердости материала удлиняется время при­ работки деталей (например, зубчатых колес, плунжерных пар на чприработочных стендах) и требуется более высокая точность изго­ товления и чистота поверхности деталей. Повышение надежности и долговечности машин достигается также за счет создания опти­ мальных показателей качества поверхности материала деталей: глубины и степени наклепа, направления и величины остаточных напряжений, структуры и текстуры материала, сплошности по­ верхностного слоя материала (т. е. отсутствие микротрещин, ра­ ковин, посторонних включений); химического состава материала поверхностного слоя, а также шероховатости поверхности.

Паклен и остаточные напряжения сжатия повышают цикличе­ скую прочность у таких деталей, которые работают при темпе­ ратуре, близкой к нормальной, и при переменных нагрузках. Так, усталостная прочность резьбовых соединений при правильно выбранных режимах накатывания резьбы болтов (при которых образуются значительный наклеп без отслаивания верхних слоев металла, волокнистая текстура и напряжения сжатия) может быть увеличена в 2 раза н более по сравнению с прочностью соединений, у которых резьба болтов шлифована и наклеп отсутствует (табл. 35). Указанный эффект достигается при увеличении времени и давле­ ния накатывания резьбы. Поэтому для ответственных деталей, надежность которых определяет надежность изделия в целом, технология изготовления должна обеспечивать в первую очередь требуемое качество поверхности, иногда при некотором снижении производительности.

Таблица 35

Влияние режимов накатывания резьбы М 12х1,5 болтов

У деталей с невысокой концентрацией напряжений и работаю­ щих при температуре, близкой к нормальной, наклеп увеличивает предел выносливости в среднем примерно на 30%. Влияние на­ клепа на выносливость жаропрочных сплавов зависит от химиче­ ского состава сплава, рабочей температуры, метода создания наклепа и т. д. Глубину и интенсивность наклепанного слоя, как

и знак остаточных напряжений, можно регулировать путем под­ бора режимов механической обработки и сочетаний последней с различными видами термической обработки. Например, увели­ чение скорости и уменьшение глубины резания, применение более мягких кругов и обильного охлаждения снижает величину и глубину распространения растягивающих остаточных напряже­ ний. Отжиг, сквозной нагрев с последующим быстрым охлажде­ нием или виброконтактное полирование, выравнивающее тем­ пературу в поверхностном слое, позволяют получить остаточные напряжения сжатия В Наклеп и микроструктура металла деталей

шин большое значение имеет функ­ циональная взаимозаменяемость пружин, мембран, сильфонов, манометрических трубок и других чувствительных элементов.

Функциональная взаимозаменяемость упругих элементов. Она предусматривает взаимозаменяемость как по присоединительным размерам, так и но характеристике, выражающей зависимость пере­ мещения (деформации) торца пружины или рабочего центра упру­ гого элемента от приложенной'силы.

Оптимальное значение параметров и стабильность характери­ стики упругих элементов определяются точностью их размеров и формы, механическими свойствами материалов, а также конст­ руктивными и технологическими факторами. Важно, чтобы упру­ гие элементы имели минимальное упругое последействие (т. е. минимальную остаточную обратимую деформацию, исчезающую в течение некоторого времени после снятия действовавшей на эле­ мент нагрузки — отрезок У/7 на рис. 202) и наименьшую вели­ чину гистерезиса (несовпадение характеристик при нагружении

1 По результатам исследований д-ра техн. наук А. В. Подзея.

450

и разгруженпн), определяемого максимальной разностью между деформациями н]ш нагружении и разгруженпн упругого эле­ мента (отрезок Г). В ряде случаев упругие элементы должны обладать герметичностью, коррозионной стойкостью, высокой усталостной прочностью и т. п.

Для определения влияния геометрических, механических и других параметров на работу упругих элементов пользуются соотношениями, полученными из расчета этих элементов на проч­ ность и жесткость.

Пример [32]. Рассмотрим клапан с пружиной, работающей на сжатие (рис. 203). При длине пружины в сжатом состоянии Нх== 8,5 мм сила упруго­ сти Р должна быть (рис. 203, в) постоянной и равной 1 ± 0,1 II (0,1 ±0,01 кгс). Пружины, работающие в регуляторах давления и чувствительных элемен­ тах измерительных приборов, должны обеспечивать определенную зави­ симость силы упругости от деформации, например, создавать постоянный наклон упругой характеристики (рис. 203, в, г).

Рис. 203. Пружина предохранительного клапана:

а — схема клапана; б — основные размеры пружины;, в и г — характеристики пружины

Рассматриваемая пружина (статического действия) рассчитывается по максимальной воспринимаемой нагрузке исходя из допускаемого напряжения.

Сила Р упругости пружины при заданной деформации (сжатии)

451