Неподвижные неразъёмные соединения

     Основными требованиями, предъявляемыми к деталям, являются простота их форм, экономичность (стоимость материала, затраты на изготовление и эксплуатацию) и надежность (способность сохранять во времени свою работоспособность). Работоспособность же определяют, как по отдельным, так и совместным показателям прочности, износостойкости, теплостойкости, жесткости, устойчивости и виброустойчивости. Значения необходимых показателей зависят от условий работы деталей (для крепежных деталей — прочность, для ходового винта — износостойкость). Однако главным показателем для большинства деталей является прочность — свойство детали сопротивляться изменению формы (разрушению) под воздействием внешних нагрузок.

    Наиболее  распространенными способами оценки прочности деталей являются:

     1) сравнение расчетных напряжений  от действующих нагрузок с  допускаемыми напряжениями а < [а] и т < [х], где а, [а], и т, [т] — соответственно расчетное и допускаемое нормальное или касательное напряжения;

     2) сравнение действительного коэффициента  запаса прочности л с допускаемым [л], причем всегда п > [п].

     

Допускаемые напряжения определяют по формулам [а] – <7пред/[л] и [т] = Тпред / [и], где Стпред и Тпрсд — предельные нормальные и касательные напряжения, при достижении которых нарушается нормальная работа детали, т.е. появляются трещины, деформации, разрушения.

     Допускаемый коэффициент запаса прочности включает в себя ряд коэффициентов

[л] = [щ] [т] [л3],где [п\] — коэффициент учитывающий  точность определения действующих на деталь нагрузок и возникающих в ней напряжений; [т] — коэффициент, учитывающий однородность физико-механических свойств материала детали; [из] — коэффициент, учитывающий специфические требования безопасности работы детали.

     Напряжения  от действующих на детали нагрузок могут быть постоянными и переменными по времени. Переменные напряжений, в свою очередь, делятся на симметричные, асимметричные, знакопостоянные, знакопеременные и пульсирующие.

     При расчетах деталей машин на прочность  при постоянных или переменных напряжениях в качестве предельного напряжения принимают соответствующие пределы прочности и выносливости (при растяжении, сжатии, изгибе и кручении), а также коэффициенты запаса прочности по табличным данным. Для определения требуемых размеров детали выполняют проектный расчет по допускаемым напряжениям, а затем уточненный проверочный расчет по коэффициентам запаса прочности.

     Надежность  деталей зависит от изготовления (точность обработки), и качества используемого  материала, а также правильного  выбора видов и режимов работы деталей.

     Основными материалами для изготовления деталей  машин являются стали, чугуны, цветные  металлы и сплавы. Стали применяют углеродистые (детали машин и металлические конструкции) и легированные (ответственные детали), а чугуны — серые (широкое использование, в том числе корпуса редукторов), белые (тормозные колодки, отвалы, наконечники зубьев ковшей экскаваторов) и ковкие. Цветные металлы, такие как медь, цинк, свинец, олово, алюминий и другие, используют в основном в сплавах: бронзах, латунях, баббитах, силуминах и т.д. Основное достоинство этих сплавов — сравнительно небольшая масса, коррозийная стойкость, хорошие антифрикционные и технологические свойства, электропроводность и т.п.

     

     Широко  используются в строительных машинах  и неметаллические материалы: резина (шины, амортизаторы, элементы упругих  муфт, ремни, детали уплотнения), кожа (амортизаторы, манжеты, прокладки, ремни), графит (токосъемные щетки, смазка трущихся поверхностей), асбест, металлокерамика и различные виды пластмасс. Последние обладают рядом основных преимуществ перед металлами: легкостью, прочностью, тепло- и электроизоляцией, стойкостью к действию агрессивных сред (щелочей, масел, бензина), фрикционностью и антифрикционностью (в зависимости от назначения детали), шумо- и вибропоглощающими свойствами, сравнительно небольшой трудоемкостью изготовления деталей, более низкой стоимостью и т.д. Из пластмасс изготавливают зубчатые колеса, шкивы, канатные блоки, вкладыши подшипников, втулки, корпусные детали, элементы электрооборудования и т.п. Однако еще более широкое применение ограничивается их склонностью к «старению» (изменение механических и линейных характеристик в процессе эксплуатации).

     Определенные  требования, наряду с деталями, предъявляются  к сборочным единицам и к самим машинам. Основные требования, характеризующие одновременно качество строительных и дорожных машин, можно представить рядом показателей: назначения, надежности, стандартизации и унификации, безопасности, технологичности, транспортабельности, а также экологические, эргономические, эстетические, патентно-правовые и экономические.

     Качество — обобщенная способность машины удовлетворять определенным потребностям, связанным с их назначением.

     Назначение  характеризуется свойствами машины, определяющими основные функции (для выполнения которых она предназначена) и обусловливающими область их применения. К этой группе относят следующие показатели:

     – классификационные, определяющие один или несколько основных параметров (передаточное число редуктора, вместимость  ковша экскаватора, скрепера, грузоподъемность кранов, размеры отвала бульдозера и т.п.);

     – функциональные и технической эффективности (обеспечение максимально возможной производительности при работе в любую погоду, любое время суток и года, минимальной стоимости единицы продукции при работе в конкретных производственных условиях), а также качества выполняемой работы;

     – конструктивные, определяющие основные проектно-конструк-торские решения  машины (габаритные и присоединительные  размеры; рабочее давление в гидросистеме; мощность привода; усилие на рабочем органе; скорости рабочих органов; ширина, глубина и радиус действия; тип ходового устройства и привода; наличие элементов автоматики; приспособленность к меняющимся условиям эксплуатации; возможность работать в стесненных условиях; достаточно высокая маневренность, проходимость, мобильность и устойчивость; минимальная масса; простота и прочность конструкции, легкость ее технического обслуживания и ремонта).

     Маневренность — способность машины передвигаться и разворачиваться с минимальным радиусом поворота в стесненных условиях стройплощадок и при транспортировании.

     

     Проходимость — способность машины преодолевать различные неровности местности, небольшие водные преграды, двигаться по грунтам со слабой несущей способностью и снежному покрову. Она характеризуется видом ходового оборудования, силой тяги, удельным давлением на опорную поверхность (грунт, дорожное покрытие), величиной дорожного просвета (расстоянием от нижней точки машины до опорной поверхности), а у колесных машин радиусами продольной и поперечной проходимости.

     Мобильность — способность машины к достаточно быстрому перемещению с объекта на объект с минимальной трудоемкостью перевода ее из транспортного положения в рабочее и обратно.

     Устойчивость — способность машины противостоять действию сил, стремящихся опрокинуть ее при рабочем процессе и перемещениях на подъемах, спусках и косогорах.

     Надежность характеризует общее свойство машины сохранять свою работоспособность во времени и включает в себя такие понятия как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

     Работоспособность — состояние машины, при котором она способна выполнять заданные функции и сохранять значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

     Безотказность — свойство машины непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Она в свою очередь, характеризуется:

     – сопротивляемостью элементов конструкции  разрушению, износу, коррозии и т.п.;

     – стабильностью физико-механических свойств конструкционных материалов;

     – стабильностью рабочих процессов  в сборочных единицах, агрегатах и системах.

     Для таких причин нарушения работоспособности  как коррозия, облучение, действие внешних температурных факторов и т.п., время работы до отказа оценивается календарной продолжительностью работы машины (месяцы, годы) и называется сроком службы до отказа, а регламентированное время работы машины — сроком службы.

     Для большинства машин основное значение имеет продолжительность работы (в отработанных часах) или выполненный объем (число циклов, масса или объем переработанных материалов, производительность и т.п.), поэтому время работы до отказа в этом случае называется наработкой на отказ, а регламентированное время работы машины — ресурсом.

     Отказ — нарушение работоспособности машины. Все виды отказов делятся на две группы:

А - из-за нарушения элементов (поломки, деформации, износ, обрыв проводов, короткое замыкание и т.п.);

Б - вследствие нарушения качеств функционирования (нарушение регулировок, засорение гидросистемы, течь в местах соединения шлангов и т.п.).

     Отказы  классифицируются:

     – по частоте — единичные и повторяющиеся;

     – по взаимосвязям — первичные (независимые) или вторичные (зависимые), вызванные действиями другого отказа;

     

     – по условиям возникновения — возникшие  при выполнении основных функций или при хранении, транспортировке, на холостом пробеге;

     – по уровню внешних воздействий —  при нормальных или ненормальных (отклонение от правил техобслуживания и управления, при недопустимых нагрузках и т.п.) условиях работы;

     – по внешним проявлениям — явные (быстрое обнаружение) и скрытые (время обнаружения выше установленных норм);

     – по виду — легкие (разрушение прокладки), средние (вызывают остановку машины для ремонта), тяжелые (значительные разрушения);

     – по сложности устранения — требуют  проведения технического обслуживания, текущего или капитального ремонта;

     – по способности к восстановлению — устраняемые в эксплуатационных или стационарных условиях;

     – по возможности прогнозирования  — прогнозируемые (диагностическими приборами от изменения параметров, наработки, возраста) или непрогнозируемые;

     – по характеру изменения параметров — постепенные (начинаются сразу  после начала работы машины, зависят  от длительности работы и связаны с процессами износа, коррозии, усталости и ползучести материалов) и внезапные (сочетание неблагоприятных факторов и случайных внешних воздействий, превышающих возможности машины к их восприятию, возникают через некоторые случайные промежутки времени, не зависят от состояния машины и длительности предыдущей работы, а процесс протекает быстро) и сложные (включают особенности предыдущих отказов, время возникновения — величина случайная, а скорость процесса зависит от сопротивляемости элементов машины);

     – по последствиям — отказы функционирования (связаны с повреждениями отдельных элементов машины, которая не может выполнять свои функции: выкрошился зуб шестерни, насос не подает масло в систему, не заводится двигатель внутреннего сгорания) или параметрические (машина может выполнять свои функции, но работает за пределами своих технических требований — характеристик: загазованность воздуха, падение КПД передачи, снижение давления в рабочей жидкости гидросистемы). Оба вида отказов могут быть как постепенными, так и внезапными (в последнем случае отказ будет параметрическим, если потеряна точность работы машины или ее элементов, и функциональным, если произошло заклинивание одного из механизмов).