Основные факторы, влияющие на прочность деталей машин
Прочность деталей машин зависит от условий их нагружения и поведения соответствующих конструкционных материалов в этих условиях.
Условия нагружения характеризуются: уровнем общей и местной напряженности, температурой поверхности, числом и формой циклов нагружения, наличием ударных нагрузок, характером распределения и величиной остаточных напряжений, накоплением коррозионных, усталостных и других повреждений. С учетом анализа перечисленных факторов нагружения выбирается материал и методы определения их эксплуатационных свойств. К числу основных характеристик материала относятся сопротивление деформациям и разрушению. Учитывая постоянную тенденцию к снижению массы конструкции и повышению надежности, важное значение приобретает анализ и обоснование сопротивления неупругим деформациям.
В зависимости от условий нагружения и характеристик материала по условиям прочности отказы могут быть при усталостном разрушении, пластической деформации, хрупком разрушении и нарушении сцепления в соединениях с натягом, приводах и передачах трения и резьбовых соединениях.
Наиболее опасным является усталостное разрушение деталей, возникающее при переменных напряжениях и превышающее предельное значение для данных условий.
Пластическая деформация сопровождается образованием местной или общей ползучести металла из малоуглеродистой и низколегированных сталей. При увеличении нагрузки, вызвавшей пластическую деформацию, может произойти общее разрушение изделия.
Хрупкое разрушение деталей происходит при одноразовом воздействии больших нагрузок, или изменении структуры металла (охрупчивание) под влиянием температурного и (или) радиационного воздействия, или в результате постоянного накопления остаточных напряжений высокого уровня.
Нарушение сцепления вызывается нагрузками, превышающими предельно допустимые значения. Этот вид отказа недопустим в грузоподъемных машинах, т.к. нарушение прессовых соединений в них может вызвать падение груза, самопроизвольное движение тележки или крана и др.
Проворот валиков или втулок приводит к быстрому изнашиванию в сопряжениях этих деталей. Значительную опасность представляет и самоотвинчивание резьбовых соединений.
При сложном нагруженном состоянии номинальные нагружения распределяются неравномерно как по длине детали, так и по ее сечению. Выравниванием и уменьшением номинальных напряжений можно существенно повысить несущую способность детали. При проектировании машины это можно сделать различными способами: заменой элементов, работающих на изгиб, равномерно нагруженными растянутыми и сжатыми элементами; оптимизацией формы опасных сечений элементов и детали в целом; обеспечением равной прочности по длине; параллельной передачей нагрузки несколькими элементами; созданием начальных напряжений обратного знака и др. При нагружении изделий в отдельных зонах происходит концентрация напряжений, которые называют местными. Концентрация напряжений может быть вызвана резким изменением формы детали, прессовыми посадками, концентрацией нагрузок, неоднородностью материала, дефектами при изготовлении детали и другими причинами.
Статьи по теме::
Основы восстановления работоспособности СЛПТМСохранение работоспособности СДПТМ с учетом требований ГоспроматомнадзораСохранение и повышение работоспособности машинОбеспечение работоспособности и безопасности машин при неблагоприятных условиях эксплуатацииРасчеты на прочностьТехнологические способы упрочнения деталей машинМетоды определения эквивалентных нагрузокХарактеристика действующих нагрузок и их влияние на работоспособность машинНормирование показателей надежностиОбеспечение надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации машин