Детали машин и основы конструирования - часть 3

 

13

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ – изготовление  изделия  при  минимальных  затратах 

труда, времени и средств при полном соответствии своему назначе-
нию. 

ЭКОНОМИЧНОСТЬ – минимальная  стоимость  производства  и  эксплуата-

ции. 

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ – состояние  объекта,  при  котором  он  способен 

выполнять заданные функции. 

НАДЁЖНОСТЬ – свойство объекта сохранять во времени способность к вы-

полнению заданных функций (ГОСТ 27.002-83). 

 

Основными критериями качества машин  считают: 
 

МОЩНОСТЬ – скорость преобразования энергии; 
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ – объём  работы  (продукции,  информации),  вы-

полняемой в единицу времени; 

КОЭФФИЦИЕНТ  ПОЛЕЗНОГО  ДЕЙСТВИЯ – доля  дошедшей  до  потреби-

теля энергии (мощности); 

ГАБАРИТЫ  – предельные размеры; 
ЭНЕРГОЁМКОСТЬ - расход топлива или электричества отнесённый к объё-

му работы (пройденному расстоянию, произведённой продукции); 

МАТЕРИАЛОЁМКОСТЬ  –  количество конструкционного материала маши-

ны, обычно отнесённого  к единице мощности; 

ТОЧНОСТЬ – способность максимально соответствовать заданному положе-

нию (скорости и т.п.); 

ПЛАВНОСТЬ ХОДА  –  минимальные   ускорения при работе машины. 
 

2.2. Условия нормальной работы деталей и машин 

 

 
Успешная работа деталей  и машин заключается в обеспечении работо-

способности и надёжности. 

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ  деталей  и  машин  определяется  как  свой-

ство выполнять свои функции с заданными показателями и характеризуется 
следующими критериями: 

 

14

ПРОЧНОСТЬ – способность детали сопротивляться разрушению или необ-

ратимому изменению формы (деформации); 

ЖЁСТКОСТЬ – способность  детали  сопротивляться  любой  деформа-

ции; 

ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ – способность сохранять первоначальную фор-

му своей поверхности, сопротивляясь износу; 

ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ – способность сохранять свои свойства при дей-

ствии высоких температур; 

ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ – способность работать в нужном диапазоне 

режимов без недопустимых колебаний. 

 
 

НАДЁЖНОСТЬ определяется как свойство детали и машины выпол-

нять свои функции, сохраняя заданные показатели в течение заданного вре-
мени  и,  по  существу,  выражает  собой  перспективы  сохранения  работоспо-
собности [30, 33]. 
 

В процессе работы  детали и машины подвергаются не только  расчётным на-

грузкам, которые конструктор ожидает и учитывает, но  и   попадают во внештат-
ные  ситуации [13], которые  очень  трудно  предусмотреть,  как,  например,  удары,  
вибрация, загрязнение, экстремальные природные условия и т.п. При этом возника-
ет отказ – утрата  работоспособности вследствие разрушения деталей или наруше-
ния их правильного взаимодействия. Отказы бывают полные и частичные; внезап-
ные  (поломки)  и  постепенные  (износ,  коррозия);  опасные  для  жизни;  тяжёлые  и 
лёгкие; устранимые и неустранимые; приработочные (возникают в начале эксплуа-
тации) и связанные с наличием дефектных деталей; отказы по причине износа, ус-
талости и старения материалов. 
 

Надёжной можно считать машину, имеющую следующие свойства. 

БЕЗОТКАЗНОСТЬ – способность сохранять свои эксплуатационные показа-

тели в течение заданной наработки без вынужденных перерывов. 

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ  –  способность  сохранять  заданные  показатели  до  пре-

дельного  состояния  с  необходимыми  перерывами  для  ремонтов  и  техни-
ческого обслуживания. 

 

15

РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ  –  приспособленность  изделия  к  предупрежде-

нию, 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  РАБО-
ТОСПОСОБНОСТИ И НАДЁЖНОСТИ.  

 

Невыполнение  условия  прочности  автоматически  делает  бессмыслен-

ными все другие требования и критерии качества машин [5, 26, 30, 36]. 

Действительно,  немногого  стоит  технологичная,  жёсткая,  износостой-

кая,  теплостойкая,  виброустойчивая,  дешевая  в  эксплуатации,  ремонтопри-
годная конструкция самого передового дизайна, если она сломалась при пер-
вой же нагрузке! 

 
2.3. Общие принципы прочностных расчётов 
 
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 [5, 12, 35]. 
Различают проектировочные и проверочные расчёты. 
Проектировочный расчёт выполняется, когда по ожидаемым нагруз-

кам,  с  учётом  свойств  материала  определяются  геометрические  параметры 
деталей. 

Проверочный расчёт выполняют, когда известна вся "геометрия" де-

тали и максимальные нагрузки, а с учётом свойств материала определяются 
максимальные напряжения, которые должны быть меньше допускаемых. 

 

16

Несмотря  на  такие  "провокационные"  названия,  следует  помнить,  что  

оба  этих  вида  расчётов  всегда  сопутствуют  друг  другу  и    выполняются  на 
стадии проектирования деталей и машин. 

Математическая  формулировка условия прочности любой детали очень про-

ста: 

σ

 

≤

 [

σ

],      

τ

 

≤

 [

τ

] . 

Или, говоря  техническим языком:   

  

Всегда,  везде,  при  любых  обстоятельствах  конструктор  обязан  учиты-

вать  и  обеспечивать  такие  условия  работы,  чтобы  напряжения  в  материале 
деталей  не превышали допускаемых. 

В  качестве  допускаемых  нельзя  назначать  предельные  напряжения, 

при которых наступает разрушение материала.     

Разница  между  допускаемыми  и  предельными  напряжениями  похожа 

на разницу между  краем   платформы метро и «белой линией», проведённой 
примерно  в  полуметре  перед  краем.  Переход  через  «белую  линию»  грозит 
замечанием от дежурного, а стояние на краю – гибелью. 

Допускаемые  напряжения  следует  принимать  меньше  предельных, "с 

запасом":                                          

[σ] = σ

предельное 

/ n,  

где  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  учё-
том  точности  определения  нагрузок,  однородности  материала  и  специфиче-
ских требований к надёжности машин. 

Выполнение всех видов прочностных расчётов для каждой детали зай-

мёт  очень  много  времени.  Поэтому  инженер  должен  сначала  изучить  опыт 
эксплуатации подобных изделий. Это особенно удобно для типовых деталей 
и машин. Следует обратить внимание на то, какой вид поломок встречается 
чаще всего. Именно по этому виду поломок, точнее по вызывающим их на-
пряжениям, следует выполнять предварительно проектировочный расчёт. По 

       НАПРЯЖЕНИЯ   В   МАТЕРИАЛЕ   ДЕТАЛИ 

 ДОЛЖНЫ   БЫТЬ   МЕНЬШЕ   ДОПУСКАЕМЫХ