Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Критерии работоспособности
В процессе эксплуатации станочное оборудование подвергается разнообразным внешним и внутренним воздействиям. Наиболее характерными являются воздействия от сил резания, сил сопротив ления (трения) и сил инерции перемещающихся узлов. При коле баниях температуры происходит коробление деталей, изменение вяз кости масел, что может приводить к изменениям протекающих в стан ках процессов. Станки подвергаются также воздействиям химической (коррозии, окислительные процессы) и электро- магнитной энергии.
Для нормальной эксплуатации необходимо создать условия, пре пятствующие возникновению недопустимых отклонений при эксплу атации и обеспечивающие работоспособность.
Жесткость.
Под жесткостью понимают способность систе мы сопротивляться появлению упругих перемещений (деформаций) под действием нагрузки F, и она выражается отношением приращения силы dF к приращению перемещения dδ:
С = dF/dδ.
Угловая жесткость — это отношение приращения момента dM к приращению угловой деформации dφ, вызванной действием момента
См = dM/dφ.
Понятием, обратным жесткости, является податливость
λ = 1/С.
При линейных зависимостях между силами и деформациями, характерных для растяжения-сжатия изгибного и крутильного дефор мирования деталей, отношение приращений можно заменить отно шением величин:
С = F/δ , См = М/φ.
На рис. 1.6, а, 1.6, б приведены схемы деформаций изгиба и кручения балок, для которых величина деформации и жесткость определяются соответственно по формулам:
и С = , φ = и См = ,
где E,G — модуль упругости и модуль сдвига соответственно,
J, Jо — момент инерции сечения и полярный момент инерции соответственно.
В контактирующих элементах станков (направляющих, тел ка чения и т.п.) связь между деформациями и силами выражается степен ной зависимостью.
При касании шарика с плоскостью (рис. 1.6, в)
δ = 1,55
где d = 2r — диаметр шарика.
Для неподвижных плоских стыков (рис. 1.6, г)
δ =kpm
где к—коэффициент контактной податливости, зависящий от метода обработки и качества контактируемых поверхностей; р—среднее удельное давление в станке; т—показатель степени.
Рис. 1.6. Схемы анализа жесткости элементов стыков: (а) при изгибе, (б) кручении, (в) контактной деформации, (г) плоском стыке, (д) модели жесткости плоского затянутого (схема I) и незатянутого стыков при работе на растяжение (схема II) и сжатие (схема III); Сф, Ск, Св — жесткости фланца, поверхности контакта и винта соответственно; е — стык направляющей
С увеличением удельных давлений р деформация снижается. Поэтому для повышения жесткости станков предусматривают пред варительную затяжку стыков с усилием, превышающим рабочую на грузку и создающим удельное давление ро. В этом случае
δ =kmp/
Модели работы затянутого (схема I) и незатянутого (схемы II и III) стыков приведены на рис. 1.6, д. В затянутом стыке (когда стык не раскрывается) в формировании жесткости участвуют все элементы болтового соединения (фланцы, стык, болт) в отличие от случая, когда стык раскрывается.
Для подвижных стыков (например, в направляющих скольже ния, рис. 1.6, е)
δ = kнр,
где kн — коэффициент контактной податливости направляющих.
Деформации опор качения от действующей на них нагрузки со ответственно для роликовых и шариковых подшипников:
δ = kpF, δ = kшF2\3,
где kp, kш—коэффициенты контактной податливости.
При определении слабых мест в конструкции необходимо знать, какую долю податливости вносит каждый деформируемый элемент, т.е. нужен баланс податливости.
Методы повышения жесткости:
1. Создание предварительного натяга (в подшипниках, направля-ющих качения и т.п.).
2. Уменьшение числа элементов и стыков в силовом потоке и повышение качества обработки стыков.
3. Применение рациональных сечений деталей.
Прочность.
Поломки деталей станков являются следствием неправильной эксплуатации или расчета. В зависимости от условий работы отдельных деталей характер их разрушений и методика расчета сильно отличаются.
1. Усталостные разрушения возникают при переменных нагрузках (например, из-за прерывистости резания). Наиболее часто от усталости разрушаются зубчатые колеса, валы, подшипники качения и т.п. Так как на детали станка действуют различные по величине и продолжительности нагрузки, то необходимо учитывать их суммарное влияние на усталость.
Обычно используется линейная гипотеза суммирования усталостных повреждений. При этом оперируют с эквивалентными числами циклов нагружений или с эквивалентными нагрузками.
При этом уравнение кривой усталости имеет вид
= С = const,
где т — показатель степени. Для контактных напряжений т= 3, при расчете на изгиб т = 6, ..., 9 (зависит от термообработки), σi — на пряжение, действующее ni циклов.
Ответственной задачей является выбор коэффициентов запаса прочности (коэффициента незнания):
S = S1S2S3,
где S1 = 1, ..., 1,5 отражает достоверность определения расчетных нагрузок и напряжений; S2 зависит от однородности механических свойств материала (для деталей из поковок и проката S2 = 1, •••, 1,5; для других деталей S2 = 1,5, ..., 2,5); S3 = 1,2 ..., 1,5 отражают спе цифические требования безопасности.
Износостойкость.
Подавляющее число станков и их де талей выходят из строя вследствие износа.
Изнашивание — процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела.
Износ ограничивает долговечность деталей станков по следующим критериям работоспособности: 1) по потере точности; 2) по снижению КПД и проч ности (зубчатые, червячные передачи); 3) по возрастанию шума.
Виды изнашивания.
Механические, из которых основ ным является абразивное изнашивание (т.е. изнашивание твердыми посторонними частицами). При повышении твердости поверхностей износостойкость возрастает примерно по линейному закону. Критиче ской твердостью, при которой износостойкость резко возрастает, явля ется твердость, превышающая 60% твердости абразива.
Мелкие частицы абразива (размером менее 5 мкм), содержащиеся в масле, не приносят вреда, поэтому необходимо проводить диспергирование (размельчение) частиц.
Молекулярно-механическое изнашивание (изнашивание при схватывании). Схватывание происходит вследствие молекулярных сил при трении и особенно опасно для незакаленных и химических однородных трущихся материалов.
Коррозионно-механическое, при котором механическое изнашивание сопровождается химическим или электрическим взаимодействием материала со средой. Примером может служить фреттинг-коррозия — разрушение постоянно контактирующих поверхностей в условиях тан генциальных микросмещений (например, износ отверстия зубчатого ко леса при посадке на изгибающийся вал). При вращении вала возникают (вследствие изгибной деформации) тангенциальные микросмещения в посадке, приводящие к фреттинг-коррозии.
Имеет место также водородное изнашивание, связанное с выде лением водорода при разложении воды, нефтепродуктов (наблюдается в червячных передачах и других парах трения сталь-медные сплавы). Эрозионное и кавитационное изнашивание возникает в специфических условиях работы гидроаппаратуры. В станках наибольшее влияние на работу оказывает износ наиболее ответственных элементов: направляющих, винтов, зажимных устройств и т.п.
При расчете на износ ограничивают допустимые давления р (кон тактные нагружения) и путь S трения:
pmS = const.
При абразивном изнашивании деталей с малыми давлениями (направляющие, винты) т = 1; при значительном давлении и работе без смазки т ≈ 1,5; при полужидкостной смазке т = 3.
Основные методы уменьшения влияния износа на работоспособ ность (приведены в табл. 1.1.):
В обычной червячной передаче (схема 5б) контактные линии 1 поверхности профиля на большей части длины зуба составляют небольшой угол φ с направлением скорости V скольжения, в результате чего условия образования гидродинамической смазки неудовлетворительные (происходит нагрев и износ передачи).
В передаче (схема 5в) с улучшенными (благодаря специальной форме профиля) условиями смазывания скорость V составляет с линией контакта I угол φ ≈ 90 °, вследствие чего улучшаются условия смазывания и основные показатели передачи.
6. Применение пористых и антифрикционных материалов, в частности, в подшипниках скольжения (схема 6). Втулка 1 пропитана смазочным материалом и в процессе работы, если этого материала оказывается недостаточно, он при разогревании дополнительно выдавливается из втулки, так как коэффициент теплового расширения материала втулки превышает коэффициент теплового расширения смазочного материала.
Применение поверхностного упрочнения (азотирования, цементации, лазерной обработки и т.п.) снижает износ от 2 до 5 раз.