Резьбовые соединения (125447)

Посмотреть архив целиком

Введение


Любая машина или механизм состоят из деталей, соединенных в сборочные единицы.

Деталь – это изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Например, болт, шестерня, вал, литой корпус и т.д.

Сборочная единица (узел) – изделие, детали которого подлежат соединению между собой сборочными операциями на предприятии-изготовителе. Например, подшипник, сварной корпус, редуктор, автомобиль, станок, корабль, авторучка и т.д.

Две или более сборочные единицы, не соединенные на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных функций, называются комплексом. Например, станочная линия, автоматизированный склад, ракетный пусковой комплекс и т.д.

Среди большого разнообразия деталей и узлов есть такие, которые используют почти во всех (или во многих) машинах: крепеж, валы, подшипники, редукторы, муфты и т.д. Такие детали (узлы) называют деталями машин общего назначения. Их изучением, расчетом и конструированием занимаются в курсе «Детали машин и основы конструирования». Другие детали (узлы) встречаются только в определенных типах машин. Например, колеса, гусеницы, коленчатые валы, суппорты, крюки, штампы и т.д. Они называются деталями специального назначения и изучаются в спецкурсах.



1. Расчет деталей машин


1.1 Ряды предпочтительных чисел


Стандарт (ГОСТ) – это технический закон, соблюдение которого является безоговорочным и обязательным.

Одной из основ стандартизации являются ряды предпочтительных чисел, получившие широчайшее применение в машиностроении для размеров, передаточных чисел, нагрузок, мощностей, скоростей и других параметров.

По ГОСТ 8032–84 принято пять рядов чисел геометрической прогрессии (наиболее экономически выгодной) со знаменателем  = 101/ n, которые обозначают буквой R (по имени автора, Шарля Ренара, 1879 г.) и цифрой показателя n:



n


5


10


20


40


80

φ

1,6

1,25

1,12

1,06

1,03

ряд

R5

R10

R20

R40

R80


Наиболее распространенным является «средний» ряд чисел R20:


1

1,12

1,25

1,4

1,6

1,8

2

2,24

2,5

2,8

3,15

3,55

4

4,5

5

5,6

6,3

7,1

8

9

10.





Предпочтительные числа других порядков можно получить переносом запятой в любую сторону, т.е. умножением на 10, 102… 10–2, 10–1 и т.д.

На основе рядов предпочтительных чисел построены стандарты конкретных объектов. Например, по ГОСТ 6636–69 ряды нормальных линейных размеров обозначают Ra (Ra10, Ra20 и т.д.).

Зная числа рядов, можно иметь «в голове» параметры многих стандартов.


1.2 Основные критерии работоспособности деталей машин


Критерий – это «мерило значения чего-либо», граница допустимости решения, ограничение целевой функции.

Важнейшими критериями работоспособности деталей машин являются прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, вибрационная устойчивость.

При конструировании работоспособность деталей обеспечивают выбором материала и расчетом размеров по основному критерию. Выбор критерия обусловлен характером воздействия нагрузки, среды и вызываемым видом отказа.

В настоящее время самым распространенным критерием работоспособности является прочность.

Прочность – это способность детали сопротивляться разрушению или потере формы под действием приложенных к детали нагрузок. Этому критерию должны удовлетворять все детали и узлы.

На основании принципа независимости действия сил любое сложное напряженное состояние можно разложить на простые виды: растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг (кручение), срез – это внутренние напряжения в сечениях деталей.

На поверхности соприкосновения (контакта) двух деталей под нагрузкой возникают поверхностные напряжения. Если размеры площадок контакта одного порядка с другими размерами деталей, то говорят о напряжениях смятия см. Если хотя бы один из размеров площадки контакта существенно мал по сравнению с другими размерами, то возникают контактные напряжения.

Исследованием контактных напряжений занимался Генрих Герц (Hertz). В его честь эти напряжения обозначают с индексом «Н»: Н, τН.

В «Теории упругости» различают две контактные задачи:

а) с первоначальным (до приложения нагрузки) контактом по линии,

например, сжатие двух цилиндров по общей образующей (рис. 1.1);

8

Вследствие упругих деформаций под действием сжимающей нагрузки w = F / l линия контакта переходит в узкую полоску шириной 2а (2а << ), на которой возникают контактные напряжения Н, изменяющиеся по эллиптическому закону.

Формула Герца для первоначального контакта по линии:


Н = ZE (w / пр)1/2  [H], (1.1)


где w = F / l – удельная (на 1 мм длины линии контакта) линейная нагрузка, Н/мм; ZE – коэффициент влияния механических свойств материалов деталей;

1/ пр = 1/1  1/2 – приведенная кривизна поверхностей контакта: 1 и 2 – радиусы кривизны. Знак плюсконтакт двух выпуклых тел (рис. 1.1), знак минусконтакт выпуклого 1 и вогнутого 2 тел.











Рис. 1.1 Рис. 1.2


б) с первоначальным контактом в точке, например, сжатие шара на плоскости (рис. 1.2).

Числовые значения Н намного превышают другие виды напряжений и даже пределы текучести Т и прочности В. Например, в подшипниках качения Нmax = = 4200 МПа, а Т = 1700 МПа и В = 1900 МПа у стали ШХ15 для них.

Кроме Н, в зоне контакта возникают также касательные напряжения

Нmax = 0,3Нmax в точке, отстоящей от поверхности контакта на глубину 0,78а.

Отсутствие мгновенного разрушения объясняется тем, что в зоне действия Н и Н материал находится в условиях всестороннего объемного сжатия.

Рассчитав величины отдельных составляющих напряжений, по принципу суперпозиции (наложения) с учетом векторного характера, можно определить суммарное или эквивалентное напряжение Е. Например, для совместных напряжений изгиба  и кручения : Е = (2 + 32) 1/2  [].

По критерию [] делают оценку прочности изделия.

Виды прочностных расчетов

Проектировочный расчет – при заданных нагрузках и выбранном материале (допускаемых напряжениях) определяют безопасные размеры сечений детали. Это ориентировочный, предварительный расчет, так как многими неизвестными параметрами приходится задаваться по рекомендациям практики.

9

Проверочный расчет – при заданных нагрузках, размерах и форме детали определяют фактические значения напряжений или коэффициентов безопасности. Это основной и окончательный вид расчета, дающий оценку прочности.



1.3 Расчет на сопротивление усталости при переменных напряжениях


1.3.1 Переменные напряжения

Нагрузка – это общее понятие силы, момента силы, давления. Нагрузки делят на статические и динамические.

Статическая нагрузка – постоянная или мало изменяющаяся во времени, которая не вызывает колебаний системы и приводит к постоянным напряжениям.

Динамическая нагрузка изменяется во времени, вызывает появление колебаний и переменных напряжений.

Переменные напряжения могут возникать и при постоянной нагрузке, если рассматриваемая фиксированная точка (сечение) тела изменяет свое положение во времени относительно неподвижной нагрузки, т.е. в движущихся деталях.

Переменные напряжения характеризуются циклами изменения напряжений.

Характеристика цикла (рис. 1.3)

1. Принят синусоидальный закон колебаний (рис. 1.3, а).

2. Время одного цикла называют периодом Т. Если задан ресурс L, то общее число циклов N = L / T.

3. Наибольшее max и наименьшее min напряжения – величины алгебраические (со знаками).

4. Коэффициент асимметрии цикла R = min / max.

5. Среднее напряжение m = (max + min) / 2 = 0,5 (1 + R) max – постоянная составляющая цикла.

6. Амплитуда а = (max – min) / 2 = 0,5 (1 – R) max – переменная часть цикла, наиболее опасная для прочности, показывающая размах колебаний относительно среднего постоянного уровня.






Рис. 1.3




Если |max|  |min|, то цикл называют асимметричным.

Если min = 0, то R = 0, m = а = 0,5max – цикл отнулевой (рис. 1.3, б).

Если |max| = |min| и max > 0, а min < 0 (рис. 1.3, в), то R = –1, m = 0, а = max – цикл симметричный, самый опасный для прочности (а = max).

Если R = +1, то max = min. По величине и по знаку – это постоянные напряжения.

Примечание. Все, что касается в этом разделе нормальных напряжений , относится

и к касательным напряжениям  с заменой в формулах символа  на .

Во всех реальных деталях имеются микротрещины, включения, несплошности, нарушения структуры, т.е. дефекты. При переменных напряжениях микротрещины (и другие дефекты), развиваясь (с наработкой числа циклов), приводят к усталостной трещине, которая проникает в глубь сечения и вызывает усталостное разрушение детали. Процесс накопления повреждений называют усталостью. Усталостное разрушение происходит при меньших напряжениях, чем В или Т.


1.3.2 Пределы выносливости

Циклическая долговечность материалов при переменных напряжениях характеризуется кривыми усталости (кривыми Велера). Кривые усталости (рис. 1.4) получают экспериментально на стандартных образцах, задавая им различные величины напряжений max и фиксируя число циклов N, при которых происходит разрушение образцов.

Уравнение кривой усталости: iqNi = C,

где С – постоянная, соответствующая условиям проведения эксперимента.

Пределом выносливости материала называют максимальное напряжение, которое может выдержать образец материала при наработке заданного числа циклов.

Как показывает опыт, кривые усталости имеют два характерных участка: левый наклонный и правый горизонтальный (рис. 1.4). Абсциссу точки перелома Nlim (NG) кривой усталости называют базовым числом циклов, а соответствующий ему предел выносливости – пределом длительной выносливости (или базовым) limb (R). Например, для образцов черных металлов Nlim = 107, для цветных сплавов Nlim = (5…10) 107.











Рис. 1.4


При N < Nlim имеет место предел ограниченной выносливости lim (RN).

Как видно из рис. 1.4, чем выше напряжение , тем раньше начнется усталостное разрушение.

Связь между пределами выносливости по уравнению Велера:


limqN = limbq Nlim, откуда lim = limbKL,


где KL = (Nlim / N)1/ q называют коэффициентом долговечности.

При N  Nlim принимают KL = 1.

Показатель степени q зависит от материала, термообработки, вида напряжений, влияния условий эксперимента и т.д. Он колеблется от 4 до 20, и его значения рекомендуются в каждом конкретном случае расчета детали (узла).

Пределы выносливости материалов (кривые усталости) определяют на стандартных испытательных образцах. Образец – это гладкий цилиндрический стержень малого диаметра (например, 10 мм) со свободной полированной поверхностью без упрочнения и термообработки. Нет нужды доказывать, что реальные детали отличаются от образцов формой, наличием на поверхностях посадок и других концентраторов напряжений (резьба, пазы, шлицы, галтели и др.), размерами, термообработкой, шероховатостью. Все эти отличия влияют на прочность и обязательно должны учитываться при расчетах.

В общем случае предел выносливости детали при асимметричном цикле нагружения:


limD = 2-1 / [(1 – R) KD / KL + D(1 + R)], (1.2)


(limD – то же с заменой символов  на ),

где -1 – предел длительной выносливости образца при симметричном цикле нагружения, МПа; R – коэффициент асимметрии цикла; KD = (K /Kd +1/KF – – 1) / KV – коэффициент снижения предела выносливости при переходе от образца к реальной детали. Здесь K – эффективный коэффициент концентрации напряжений; Kd – коэффициент влияния размеров детали; KF – коэффициент влияния качества (шероховатости) поверхности; KV – коэффициент влияния поверхностного упрочнения (термообработки); D – коэффициент влияния асимметрии цикла напряжений; KL = (NlimD / NE)1/ q – коэффициент долговечности детали (узла). Здесь NlimD – базовое число циклов детали; NЕ – эквивалентное число циклов изменения напряжений:


NE =  [(i / max)qNi], (1.3)


где max – напряжение от длительно действующей максимальной нагрузки переменного режима; i и Ni – постоянное напряжение и соответствующее ему число циклов i-го постоянного блока циклограммы нагружения.


Случайные файлы

Файл
138893.rtf
109040.rtf
byudget.doc
58854.rtf
109689.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.