Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

состоянии, не корродировавшие в субтропических условиях, за­ метно корродировали в контактных соединениях.

Подобные повреждения металлов, соприкасающихся между собой, достаточно многочисленны в практике. При соприкосно­ вении разных металлов во влажной атмосфере образуются элек­ трохимические микропары. Один металл является анодом, влаж­ ная пленка — электролитом и другой металл — катодом. Чем дальше в электрохимическом ряду напряжений стоят друг от друга металлы, т. е. чем больше между ними разность потенциа­ лов, тем больше вероятность контактной коррозии. Роль анода (менее благородный металл), разрушающегося более интенсив­ но, играет металл с более отрицательным потенциалом.

При выборе контактных пар металлов практическое значение имеет поведение не относительно чистых металлов, а металлов определенных промышленных марок и металлов с покрытиями.

Эффект коррозии зависит от отношения площади более бла­ городного металла (катодного) к площади менее благородного (анодного). Следует стремиться к тому, чтобы площадь более благородного металла была меньшей. Лучше применять (если это необходимо) медную заклепку в стальной пластине, чем стальную в медной пластине.

Коррозию паяных швов следует рассматривать в основном как контактную, при которой припой (паяный шов) имеет значи­ тельно меньшую поверхность, чем спаиваемый металл. Если при­ пой (ПОС-40, ПСР-45) является анодом, то процесс коррозии развивается гораздо интенсивнее, чем в парах, где припой яв­ ляется катодом. Для увеличения срока службы паяного изделия следует выбирать припой с более высоким потенциалом, чем спаиваемые металлы. В этом случае будут незначительно разру­ шаться спаиваемые металлы, а паяный шов будет защищен.

Коррозионная стойкость припоев в сельской местности при­ близительно в 1,5 раза выше, чем в промышленных районах. Для алюминиевых припоев характерно увеличение стойкости с повы­ шением температуры. Испытания, проведенные в районе г. Ба­ туми, показали большую стойкость этих припоев, чем в условиях севера.

Следует иметь в виду, что соприкосновение некоторых сортов древесных пород с металлами вызывает коррозию последних, например дуб, каштан и западную тую не следует применять в соединении с железом, сталью, алюминием и его сплавами, свинцом и свинцовыми сплавами. Некоторые сорта фанеры вы­ деляют активные вещества (вероятно, жирные кислоты), интен­ сивно действующие на металл, главным образом на цинк, стали и кадмий.

Влияние света на материалы заключается главным образом в химическом разложении некоторых органических материа­ лов — пластмасс, красителей, тканей.

Свойства подавляющего большинства синтетических материа­ лов под влиянием света, особенно вместе с дождем и ветром, ухудшаются, причем происходит поверхностное окисление мате­ риалов с образованием полярных групп. При одновременном действии облучения и влажности существенно ускоряются физи­ ко-химические изменения некоторых материалов.

Ультрафиолетовые лучи являются очень сильным катализа­ тором реакции окисления. Такое окисление наблюдается у мно­ гих материалов, например у полиэтилена, полистирола. Под дей­ ствием солнечных лучей происходит также частичное химическое разложение полимеров, содержащих хлор, например поливинилдехлорида, полихлорвинила. Наибольшее действие солнечные лучи оказывают на нитроцеллюлозные пластмассы. Полиметил­ метакрилат быстро стареет под действием инфракрасного излу­ чения.

Некоторые виды термореактивных пластмасс подвержены разрушительному действию ультрафиолетового излучения. При этом наблюдаются изменения основного органического компо­ нента материала и изменение цвета.

Введение в пластмассу стабилизирующих составляющих час­ то значительно удлиняет срок службы изделий в этих условиях. Стойкость полиэтилена к действию света можно значительно по­ высить введением в него газовой сажи (около 0,1 % ).

Непосредственное действие солнечного света на натуральную резину ведет к образованию корки на ее поверхности. Растрес­ кивание резины происходит главным образом под действием озона. Разрушающее действие озона особенно сильно сказывает­ ся на натуральном и нитрильных каучуках. Бутиловые, неопре­ новые и полисульфидные резины более устойчивы к озону.

Синтетические резины значительно более устойчивы к дейст­ вию ультрафиолетовых лучей. Свет не оказывает заметного влия­ ния на поверхность дерева, но продолжительная эксплуатация деталей, изготовленных из дерева, при облучении их ультрафио­ летовыми лучами может привести к некоторым изменениям по­ верхностных слоев древесины.

Свет влияет на скорость атмосферной коррозии, например цинка, у которого выявлено сильное замедление коррозии при действии солнечного света. Цинк на внешних деталях значитель­ но устойчивее в отношении коррозии, чем на внутренних, не ос­ вещенных, особенно при повышенной влажности воздуха.

Гигроскопическая пыль приносит из влажного воздуха на поверхность металла частицы воды. Пыль многих материалов, например угля, поглощает из атмосферы активные газы и пере­ носит их на поверхность металла. Таким образом, как органиче­ ская, так и неорганическая пыль в равной мере способствует коррозии и износу металла. В точных механизмах и измеритель­ ных приборах пыль увеличивает трение и вследствие этого сни­ жает их точность. На лакокрасочных покрытиях увлажненная

пыль вызывает медленную химическую реакцию, в результате которой лаковая пленка тускнеет.

Частицы песка влияют на срок службы механизмов главным образом в результате абразивного эффекта. Самое неблагопри­ ятное действие оказывают частицы порядка 15 мкм.

Расчет деталей машин на долговечность

Основой для проектирования детали является расчет, обес­ печивающий правильный выбор формы и геометрических разме­ ров ее сечений и соответственно гарантирующий сопротивление материала разрушению. О работе детали можно судить после проведения расчетов на прочность, выносливость или износо­ стойкость. Так как долговечность в зависимости от условий ра­ боты детали определяется каким-то преимущественным видом разрушения, один из указанных расчетов (например, на проч­ ность) может оказаться, собственно, расчетом на долговечность.

Прежде чем рассчитывать деталь на прочность, необходимо правильно определить вид напряженного состояния, в котором она будет находиться в процессе эксплуатации. Расчет на проч­ ность, в сущности, заключается в определении запаса прочности (коэффициента безопасности). Запас прочности в каждом кон­ кретном случае должен подбираться в зависимости от предпола­ гаемых условий эксплуатации и свойств материала. Практика показывает, что величина общего коэффициента запаса прочно­ сти может колебаться в пределах 1,3—6. Если расчет произво­ дится без учета динамичности нагрузки, то величина коэффици­ ента запаса прочности может быть увеличена до 15. Большой диапазон изменения коэффициента запаса свидетельствует о том. что при расчете на прочность иногда не представляется возмож­ ным точно учесть влияние активных факторов, таких как дина­ мичность нагрузки, однородность свойств материала, влияние конструкции напряжений.

Важное значение для повышения надежности имеет выбор запаса прочности деталей машин. Коэффициент запаса прочно­ сти еще недавно выбирали применительно к трем типовым слу­ чаям нагружения: 1 ) спокойного, статического; 2 ) переменно­ го — от нуля до максимального; 3) переменного — от наиболь­ шего положительного до отрицательного определенной величины. Коэффициент запаса прочности конструктор выбирал, основываясь на собственном опыте или опыте заводского или специального конструкторского бюро, в котором создавалась машина.

В настоящее время стремятся не только определить допусти­ мые расчетные напряжения, применяя коэффициенты запаса прочности и коффициенты надежности, но и учесть различные факторы — конструктивные, расчетные, технологические и материаловедческие. Общий коэффициент запаса прочности Ко мо>кно

выразить как сложное сочетание (упрощенного произведения) частных коэффициентов запаса прочности:

К0 = К {К2К г ^ К ъК&К7К&,

где Кі — коэффициент запаса прочности, зависящий от рода на­ грузки (спокойной статической, динамической, знако­ переменной) ;

Кі — коэффициент запаса прочности, зависящий от свойств материала при разных видах нагрузок, надежности их определения и степени обеспечения этих свойств;

/Сз — коэффициент, зависящий от точности конструкторского расчета при тех видах нагружения, которым будет реально подвергаться деталь при работе в машине, а также от значимости детали в работе всей машины;

Ка— коэффициент надежности реального учета действующих на детали сил (ударных и др.);

Къ — коэффициент учета свойств материалов , возможных де­ фектов по металлургическим или другим технологиче­ ским причинам;

Къ — коэффициент запаса прочности в зависимости от на­ личия концентраторов напряжения, обусловленных формой детали, технологическими или металлургиче­ скими причинами;

К і — коэффициент надежности с учетом температуры и дру­

Из этих частных коэффициентов запаса прочности конструк­ тивными расчетными являются Ки Къ, Ка, Къ, металлургически­ ми К2 , Къ и Къ, эксплуатационными, т. е. зависящими от условий службы деталей в машине, Ка, Къ и Къ, технологическими Къ, Къ, Кі и Къ, некоторые частные коэффициенты, как, например, Къ, Къ и Къ, зависят от разных факторов.

Ниже перечислены основные виды расчетов деталей и сбо­ рочных единиц общего назначения наиболее часто используе­ мых при проектировании изделий.

Расчеты соединений: 1) заклепочные — при статической на­ грузке: заклепки (на срез и смятие), соединяемые элементы (на прочность в сечениях, ослабленных заклепками), и при перемен­ ной нагрузке — на предел выносливости; 2 ) сварные — при статической нагрузке — на разрыв, сжатие или срез, и при пере­ менной нагрузке — на предел выносливости; 3) резьбовые — при статической нагрузке: болт (на разрыв в опасном сечении, смятие, изгиб), резьба (на срез и смятие), и при переменной нагрузке — на предел выносливости; 4) клиновые, штифтовые, шпоночные,