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

шлицевые — при статической нагрузке (на смятие, срез, изгиб) и при переменной нагрузке — на предел выносливости.

Расчеты передач: фрикционные на контактную усталость; ре­ менные по тяговой способности и на долговечность; зубчатые на прочность зубйев при изгибе; на контактную усталость рабочих поверхностей зубьев и на предупреждение заедания; червячные на контактную усталость поверхностей зубьев колеса, на преду­ преждение заедания, на предупреждение излома зубьев колес и на нагрев; глобоидные на износ и нагрев; цепные на износостой­ кость шарниров.

Расчеты подшипников: скольжения для работы в условиях граничного трения — условный расчет по допукаемым давлениям или по произведению рѵ\ для работы в режиме жидкостного тре­ ния — гидродинамический расчет; для быстроходных подшипни­

Расчет деталей на предел выносливости заключается в опре­ делении максимального напряжения, предела выносливости, не вызывающего разрушения детали в течение N циклов нагруже­ ния. Значение пределов выносливости можно определить по спо­ собу С. В. Серенсена и Р. С. Кинасошвили для симметричных и асимметричных циклов, т. е. коэффициентом асимметрии г =

= — 1 -у 0.

Аф — базовое число циклов;

N3— эксплуатационное число циклов;

о— предельные напряжения;

т= 6 ч- 9 — показатель степени при круговом изгибе.

Методика расчета деталей машин на износ в настоящее вре­ мя разработана недостаточно. Это объясняется обилием факто­ ров, влияющих на процесс разрушения поверхности детали

в эксплуатации. Формулы, рекомендуемые различными автора­ ми для расчета износостойкости, обычно содержат эмпиричес­ кие коэффициенты, для определения которых необходимо про­ водить эксплуатационные испытания. Исследователи и конст­ рукторы предпочитают определять комплексную характеристику материала — его износостойкость в эксплуатации.

Расчет износостойкости материалов, работающих при трении качения или при скольжении со смазкой, усложняется тем, что темп нарастания износа при соответствующей наработке может измениться скачкообразно в результате возникновения на по­ верхностях трения контактных дефектов усталостного характера. В этих случаях расчет деталей (например, подшипников) про­ водят на контактную прочность. Однако часто подшипники ка­ чения выбраковываются в результате преждевременного износа, что необходимо учитывать при конструировании.

В тех случаях, когда расчет долговечности вызывает сомне­ ния (например, при сложнонапряженном состоянии), необходи­ мо произвести экспериментальную проверку напряжений или износостойкости материала.

Ниже рассмотрены некоторые методы расчета деталей на долговечность из условий их износа. Известно, что скорость пе­ ремещения деталей практически не влияет на интенсивность абразивного износа. Долговечность деталей и соединений при абразивном изнашивании зависит в основном от давления, пути трения, твердости и структуры поверхности трения. Б. М. Демиденков рекомендует следующие аналитические зависимости для

накладок и барабанов автомобилей ГАЗ-51, эксплуатировавших­ ся в равноценных условиях, получены следующие зависимости:

бы определить долговечность изнашиваемых деталей в различ­ ных конструкциях. Это объясняется ограниченным количеством исследований конструкций, дающих материал для обоснованно­ го теоретического анализа. Кроме того, решающее влияние на

интенсивность износа оказывают смазка и среда, которые в экс­ плуатационных условиях нестабильны, а также процесс относи­ тельного перемещения и характер движения (по скорости и на­ правлению) разнообразны, поэтому различны причины и харак­ тер износа. Например, существенно различаются условия износа в автомобиле таких нар, как поршневое кольцо и цилиндр дви­ гателя, шаровой палец и вкладыш рулевых тяг, втулка и пово­ ротный кулак переднего моста и т. д.

Точные математические выражения закономерностей могут быть получены только после экспериментальной обработки пер­ воначально предложенных приближенных зависимостей. Рас­ смотрим некоторые предпосылки, допущенные А. Н. Островцевым, для определения зависимостей долговечности деталей автомобилей от различных факторов, исключая влияние гидро­ динамического эффекта смазки. Износ сопрягающихся поверх­ ностей начинается с первых тысяч километров пробега автомо­ биля и после приработки обычно возрастает линейно в зависимо­ сти от пробега.

Величина износа ограничена возникновением недопустимых явлений (например, повышением расхода смазки в двигателе, нарушением развала передних колес, появлением вибраций, сту­ ков и т. д.). Долговечность N (в км) каждой детали соединения при износе определяется величиной предусмотренного в конст­ рукции запаса А (в мм), после использования которого при дан­ ных условиях работы соединения возникают упомянутые выше явления, и интенсивностью линейного износа /, которая опреде­ ляется средней величиной износа (в мм), отнесенной к 1000 км пробега автомобиля.

Долговечность сопряженных деталей одной пары может быть различной в зависимости от величины Д и / , поэтому, если одна деталь износилась и требует замены, сопряженная с ней может продолжать работу (например, кольцо поршня и цилиндр, на­ кладка тормоза и тормозной барабан). Это обстоятельство при­ водит к необходимости нормировать долговечность каждой из­ нашиваемой детали соединения.

Поэтому применяются два направления расчетов готовой конструкции — оценка долговечности в различных условиях эксплуатации и выбор (на основе заданной нормы долговечно­ сти) конструктивных параметров изделия, материала деталей, технологии и др.

В первом случае изменение главного фактора долговечности

Из этой формулы следует, что долговечность изнашиваемого соединения значительно меньше зависит от изменения нагрузки, чем долговечность деталей, подверженных усталостным разру­ шениям. В связи с этим долговечность деталей по износу должна быть также меньше, чем в случае разрушений деталей от умень­ шения предела выносливости.

Во втором случае следует учитывать большое количество факторов, так как изменения твердости и структуры поверхно­ сти, свойств различных материалов, условий смазки, размеров будут существенно изменять, например, долговечность сопряже­ ний, даже выполненных по одной схеме. Учитывать все факторы необходимо также и при сравнительной оценке конструкций, аналогичных по схеме, но имеющих различные конструктивные параметры или различным образом изготовленных.

Определить долговечность изнашиваемых деталей во втором случае можно по формуле

где Кт — коэффициент, отражающий влияние совокупности, следующих факторов: материала, твердости и струк­ туры поверхности, температуры, шероховатости по­ верхности, точности сопряжения, полноты контакта, изменения свойств смазки по отношению к эталону и внешней среды.

Изнашивание происходит при взаимном перемещении под нагрузкой двух и более деталей, обычно при различной скорости перемещения каждой детали. От величины и характера нагрузки и перемещения детали зависит величина интенсивности изнаши­ вания У, т. е. средняя величина износа, отнесенная к 1000 км пробега. Давление р и скорость скольжения ѵ входят в формулы, определяющие интенсивность изнашивания. Учесть скорости в универсальной формуле нельзя.

Введение фактора скорости в расчет возможно для тех соеди­ нений конструкции, в которых путь трения пропорционален ско­ рости, и то не для всех случаев.

Каждое соединение в зависимости от конструкции и назначе­ ния за 1000 км пробега совершает то или иное количество свой­ ственных ему циклов, повторяющихся периодически или непре­ рывно (например, постоянная работа двигателя и периодичес­ кая работа тормозов). Циклом следует считать, например, одно возвратно-поступательное перемещение поршня и колец относи­ тельно цилиндра из верхней мертвой точки в нижнюю и обратно; один оборот колеса при торможении автомобиля и т. д. Более сложными являются относительные перемещения шкворня пово­ ротного кулака, сочленений рулевой тяги и шарниров подвески.

Расчетными характеристиками являются количество циклов, приходящихся на 1000 км пробега, и показатели параметров дви­

жения за цикл. Износ за один цикл, умноженный на количество циклов за 1000 км пробега, дает общую величину износа. Сле­ дует, однако, отметить, что циклы не всегда равнозначны по из­ носу. Испытания автомобильного двигателя показали, что один пуск холодного двигателя был равнозначен 30 км пробега авто­ мобиля с прогретым двигателем. В данном случае соответствую­ щий коэффициент должен скорректировать неравнозначность циклов по износу. По-видимому, необходимо группировать цик­ лы с одинаковым износом. Количество циклов Цто за 1000 км пробега для деталей двигателя и силовой передачи определяется аналитически. Это количество зависит от радиуса колеса и пере­ даточных чисел в агрегатах силовой передачи и не зависит от скорости автомобиля. Количество рабочих циклов для периоди­ чески действующих агрегатов силовой передачи характеризуется дополнительным коэффициентом периодичности. Число циклов для соединений ходовой части и органов управления автомоби­ лем должно определяться статистической обработкой опытных данных, полученных в типичных условиях эксплуатации.

Специфика конструкции соединения и геометрии рабочих поверхностей при прочих равных условиях требует при опреде­ лении износа ввода соответствующих коэффициентов. Введем в последующие выражения индексы 1— 2 и 2 — 2 для обозначения износа каждой детали трущейся пары. Тогда суммарный износ Я„ двух деталей соединения за один цикл определяется выраже­ нием Иц = И 1 - 2 + И2- 2*

Учитывая, что износ рабочих поверхностей неравномерен, примем за Иц величину сближения деталей в результате износа. Если при сближении встречается комбинированное перемеще­ ние— линейное и угловое (шкворень — втулка), примем за Иц сближение в зоне наибольшего износа или величину углового перемещения.

Все факторы, действующие на интенсивность изнашивания за цикл, можно разбить на группы: зависящие от свойств материа­