Материалы, используемые в машиностроении

Надежность определяется как свойство детали и машины выполнять свои функции, сохраняя заданные показатели в течение заданного времени и, по существу, выражает собой перспективы сохранения работоспособности.

В процессе работы детали и машины подвергаются не только расчётным нагрузкам, которые конструктор ожидает и учитывает, но и попадают во внештатные ситуации, которые очень трудно предусмотреть, как, например, удары, вибрация, загрязнение, экстремальные природные условия и т.п. При этом возникает отказ – утрата работоспособности вследствие разрушения деталей или нарушения их правильного взаимодействия. Отказы бывают полные и частичные; внезапные (поломки) и постепенные (износ, коррозия); опасные для жизни; тяжёлые и лёгкие; устранимые и неустранимые; приработочные (возникают в начале эксплуатации) и связанные с наличием дефектных деталей; отказы по причине износа, усталости и старения материалов.

Надёжной можно считать машину, имеющую следующие свойства:

безотказность – способность сохранять свои эксплуатационные показатели в течение заданной наработки без вынужденных перерывов.

долговечность – способность сохранять заданные показатели до предельного состояния с необходимыми перерывами для ремонтов и технического обслуживания.

ремонтопригодность – приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей посредством техобслуживания и ремонта.

сохраняемость – способность сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортирования.

Надёжность трудно рассчитать количественно, она обычно оценивается как вероятность безотказной работы на основании статистики эксплуатации группы идентичных машин.

При всей значимости всех описанных критериев, нетрудно заметить, что прочность является важнейшим критерием работоспособности и надежности.

Невыполнение условия прочности автоматически делает бессмысленными все другие требования и критерии качества машин.

Общие принципы расчётов на прочность

Все этапы проектирования, каждый шаг конструктора сопровождается расчётами. Это естественно, т.к. грамотно выполненный расчёт намного проще и в сотни раз дешевле экспериментальных испытаний.

Чаще всего конструктор имеет дело с расчётами на прочность.

Различают проектировочные и проверочные расчёты.

Проектировочный расчёт выполняется, когда по ожидаемым нагрузкам, с учётом свойств материала определяются геометрические параметры деталей.

Проверочный расчёт выполняют, когда известна вся "геометрия" детали и максимальные нагрузки, а с учётом свойств материала определяются максимальные напряжения, которые должны быть меньше допускаемых.

Условие прочности при действии нормальных и касательных напряжений:

,

.

Всегда, везде, при любых обстоятельствах конструктор обязан учитывать и обеспечивать такие условия работы, чтобы напряжения в материале деталей не превышали допускаемых.

Допускаемые напряжения определяются в зависимости от механических характеристик материала и ответственности детали.

Для пластичных материалов:

,

,

где - предел текучести материала;

n - коэффициент запаса (обычно 1,2 < n < 2,5).

В разных обстоятельствах коэффициент запаса может быть либо задан заказчиком, либо выбран из справочных нормативов, либо вычислен с учётом точности определения нагрузок, однородности материала и специфических требований к надёжности машин.

Для хрупких и малопластичных материалов:

,

,

где - предел прочности материала.

Номинальные значения напряжений определяются по известным формулам сопротивления материалов в зависимости от вида деформации.

1.Чугуны (содержание углерода C2%).

Чугуны делятся на:

· Серый чугун (с пластичным графитом).

СЧ15, СЧ20…СЧ35 ГОСТ 1412-85 (150, 200…350 Мпа).

· Серые чугуны. Основной литейный материал.

СЧ15-32 ГОСТ 1412-79.

· Высокопрочный чугун (с шаровидным графитом).

ВЧ35, ВЧ40…ВЧ100 ГОСТ 7293-85 (350, 400…1000 Мпа).

· Белый чугун.

Получается при отливке в кокиль и центробежном литье.

· Ковкий чугун (с хлопьевидным графитом).

КЧ30-6, КЧ33-8…КЧ65-3 ГОСТ1215-85 ( 300, 330…650 Мпа).

Ковкий чугун получают отжигом белого чугуна. Графит придает чугунам антифрикционные и другие полезные свойства, поэтому антифрикционные чугуны по ГОСТ 1585-85 используются для трущихся деталей в условиях напряженного режима работы и при непрерывном смазывании. Как материал с хорошими литейными свойствами, чугуны применяют для изготовления корпусных поддерживающих деталей. Чугуны высокой прочности (ВЧ и КЧ) могут также с успехом заменять стальные отливки и поковки деталей, работающих в условиях значительных переменных напряжений.

Белый чугун. Весь углерод находится в связанном состоянии ().

Он обладает высокой твердостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью и трудно обрабатывается резанием. Основные изделия из белого чугуна: детали, работающие на износ (детали насосов для откачки жидкости с абразивом, тормозные колодки и т.д.)

Дата добавления: 2014-01-06