- •I. Надежность машин и критерии работоспособности.
- •II. Нагрузки
- •Риc. II. 2
- •III. Расчет деталей на прочность.
- •Кручение.
- •IV. Основные физико-механические характеристики материала.
- •V. Сдвиг, кручение. Сдвиг.
- •Кручение.
- •Расчет детали на скручивание.
- •VI. Изгиб.
- •Деформации изогнутой балки.
- •VII. Сложное нагружение. Гипотезы прочности.
- •Расчет вала.
- •А) б)
- •VIII. Усталостная прочность.
- •Факторы, влияющие на усталостную прочность.
- •IX. Механические передачи вращательного движения.
- •Фрикционные передачи.
- •Ременные передачи.
- •Зубчатые передачи.
- •Эвольвентное зацепление.
- •Основные геометрические параметры эвольвентного зуба.
- •Контактные напряжения.
- •Косозубые передачи.
- •Схемы применения зубчатых передач.
- •А) б)
- •А) б)
- •Червячные передачи.
- •А) б)
- •А) б)
- •Шестеренные насосы.
- •X. Теория взаимозаменяемости.
- •Допуски и посадки.
- •Хi. Опоры валов.
- •Подшипники скольжения.
- •Подшипники качения.
- •XII. Надежность деталей машин. Устойчивость стержней.
- •XIII. Конструкционные материалы.
- •Черные металлы и сплавы.
- •Цветные металлы и сплавы.
- •Полимеры (пластмассы).
- •Композиционные материалы (композиты).
- •XIV. Аппараты с механическим перемешивающим устройством.
- •Корпус аппарата.
- •Сварные швы.
- •Мешалки.
- •Фланцевые соединения.
- •Уплотнительные устройства подвижных соединений.
Факторы, влияющие на усталостную прочность.
1. Концентратор напряжений– место с резким изменением размера и формы детали. В сечениях деталей, где имеются резкие изменения размеров, надреза, острые углы, отверстия, как правило, развиваются трещины усталости, приводящие в итоге к разрушению детали (Рис.VIII. 4, а). Поэтому при конструировании и изготовлении деталей машин концентраторы напряжений исключаются из конструкций с помощью фасок или скруглений или шлифовкой поверхности концентратора при изготовлении детали (Рис.VIII. 4, б).
а)б)
Рис. VIII. 4
При расчетах концентраторы оцениваются с помощью эффективного коэффициента концентратора напряжений kσ, определяемым пределом выносливостиσ-1 образца детали без концентраторов напряжения и пределом выносливостиσ΄-1 образца с концентраторами напряжений:
.
2. Частота обработки поверхности– сочетание выступов и впадин на поверхности детали, которое представляет собой изначальные трещины, которые при циклическом нагружении развиваются, что приводит к более раннему износу детали. Поэтому в реальном проектировании наиболее ответственные места шлифуются. В практике проектирования фактор шероховатости оценивается экспериментально:
,
где εσ– коэффициент влияния шероховатости;
σ΄-1– предел выносливости реальной шероховатой детали;
σ-1– предел выносливости полированного образца.
3. Габаритность детали.
Практика показывает, что в при больших габаритах детали большая вероятность появления и развития внутренних дефектов. Так, большие заготовки для валов гидротурбин изготавливаются тщательнее, вследствие того, что чаще всего в них встречаются дефекты.
Для оценки габаритности детали вводят коэффициент габаритности βσ:
,
где σ΄-1– предел выносливости реального габарита детали;
σ-1– предел выносливости образца.
При расчете детали машины на усталостную прочность учитываются все эти коэффициенты, при этом вводится общий коэффициент запаса прочности n, определяемый пределом выносливостиσ-1материала данной детали и эквивалентным напряжениемσэкв:
.
Среднее значение коэффициента запаса прочности nопределяется коэффициентами запаса прочности при изгибеnσиnτ– при кручении:
Эквивалентное напряжение σэкв, в свою очередь, учитывает параметры циклических нагружений – амплитуду нагруженияσаи среднее напряжениеσmдетали:
,
где ψ– коэффициент, учитывающий влияние цикла на структуру материала детали.
Усталость – опасное явление, поэтому все машины рассчитываются на выносливость. При этом расчет ведется в два этапа: оценивается статическая прочность проектируемой детали (на основании чего определяются геометрические характеристики детали), после чего проводится расчет на усталостную прочность уже для готовой конструкции.
IX. Механические передачи вращательного движения.
В биомеханике вращательное движение практически не встречается, в основном преобладают возвратно-поступательные механизмы с шарнирными сочленениями. В технике вращательное движение используется весьма широко, а именно – при передачи механической энергии (движения) от двигателя к исполнительному органу машины или прибора, а так же для преобразования видов движения, моментов и усилий в передаточных механизмах (устройствах). Примером передаточного механизма может послужить привод механического перемешивающего устройства (Рис. IX. 1), состоящий из двигателя1, передаточного устройства3и исполнительного механизма4со своим рабочим органом, соединенных с помощью муфт2.
Рис. IX. 1
Приводомоборудования называется сочетание двигателя и передаточного устройства. Назначение двигателя сводится к превращению одного вида энергии в другой. Так, двигатель внутреннего сгорания превращает потенциальную энергию топлива в механическую энергию выходного вала, электродвигатель преобразует электрическую энергию – в механическую.
Любое передаточное устройство характеризуется мощностью двигателя Nдв:
,
где Мк– передаваемый крутящий момент;
ω– угловая скорость двигателя, рассчитываемая по формуле:
,
а так же эффективностью передачи энергии, оцениваемой коэффициентом полезного действия(КПД)η:
.
Следует иметь в виду, что при наличии в схеме устройства муфт, опор или редукторов КПД рассчитывается с учетом коэффициентов полезного действия в этих устройствах:
,
где η1– КПД муфты;
η2– КПД опоры;
k– число опор;
η3– КПД редуктора;
l– число ступеней редуктора.
Основным кинематическим параметром передаточного механизма является передаточное отношениеи– отношение угловых скоростей вала ω1и редуктораω2:
.
Редуктор– закрытая зубчатая передача, служащая для уменьшения числа оборотов вала. Очень часто в механике используются закрытые зубчатые передачи, служащие для увеличения числа оборотов –мультипликаторы.
В зависимости от типа звена, передающего вращающий момент, механические передачи подразделяются на несколько видов, основными и наиболее употребляемыми из которых являются:
- фрикционные передачи;
- передачи с гибким тяговым органом;
- зубчатые передачи.