Ответы на контрольные вопросы

Ответы на контрольные вопросы

Факторы влияющие на прочность

1. Укажите причины потери работоспособности деталей машин?

Работоспособность представляет собой состояние узла при котором он выполняет заданные функции, сохраняя значения эксплуатационных параметров в пределах установленных нормативно-технической документацией.

Причинами потери работоспособности детали могут послужить:

• потеря прочности (разрушение);

• понижение или повышение жесткости;

• преждевременный износ;

• низкая устойчивость;

• плохая виброустойчивость;

• нарушение теплостойкости.

2. Что представляет собой статическая прочность? Какие бывают критерии оценки статической прочности?

Свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под действием постоянных внешних нагрузок называется статической прочностью. Критерии статической прочности: [σ] и [τ] - допускаемые нормальное и касательное напряжения.

3. Как оценивают статическую прочность деталей из пластических материалов при совместном действии нормальных и касательных напряжений?

Для пластических материалов _lim= _T; _lim= _T.

При совместном действии нормальных и касательных напряжений запас прочности по пределу текучести определяют по формуле:

где s_T = _T/s_T = _T/

4. Что подразумевают при употреблении термина «усталостная прочность»?

Свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под действием циклических переменных нагрузок называется усталостной прочностью.

5. Какие напряжения называют циклическими? Представьте пример циклических напряжений для вала, вращающегося относительно вектора нагрузки.

Напряжения циклически меняющиеся во времени называются циклическими

6. Дайте определение коэффициента асимметрии цикла.

Коэффициентом асимметрии цикла называется число равное отношению минимального напряжения в цикле к максимальному.

7. Представьте графически примеры изменения напряжений во времени при R=0

8. Укажите связь между характерными напряжениями цикла _a, _m, _max, _min.

9. Как вычисляют число циклов изменения напряжений при вращении вала?

t_p – продолжительность одного цикла;

t_h – промежуток времени;

- общее число циклов

10. Запишите уравнение кривой выносливости в координатах _max – N_c И сравните вид кривых выносливости в линейных и логарифмических координатах.

^mN_{c lim} = const

11. Что называют пределом выносливости?

Наибольшее напряжение цикла, которое с заданной вероятностью неразрушения может выдержать деталь или образец при практически неограниченном числе циклов N_c, называется пределом выносливости.

12. Что называют пределом ограниченной выносливости?

Наибольшее напряжение цикла, которое с заданной вероятностью неразрушения может выдержать деталь или образец при данном значении числе циклов N_c < N₀ называется пределом ограниченной выносливости.

13. Что называют базовым числом циклов?

Базовым числом циклов N₀ называют значение N_c, при котором падение предельного напряжения становится незначительным.

14. Укажите зависимость ограниченного предела выносливости от числа циклом. Чему равен коэффициент, учитывающий влияние числа циклов на предел ограниченной выносливости?

при N_c N₀

Если N_c >N₀, то и

15. Какие напряжения называют номинальными?

Напряжения в сечениях в зоне концентраторов, найденные по формулам из курса сопротивления материалов (базирующихся на гипотезе плоских сечений), называются номинальными и обозначаются _ном.

16. Укажите связь между силовыми факторами и напряжениями для случаев растяжения, изгиба, кручения, сдвига.

при растяжении:

при изгибе:

при кручении:

при сдвиге:

17. Что называют обобщенной нагрузкой? Запишите уравнение кривой выносливости в координатах Q – N_{c lim} и дайте определение понятия предельного числа циклов.

Обобщенной называют нагрузку которая равноценна по влиянию на усталостную прочность детали

где m`=m/

Число циклов при котором произошло разрушение детали или образца называется предельным.

18. Изобразите циклограмму переменной нагрузки и эквивалентные циклограммы. Какое условие должно выполняться при замене циклограммы переменной нагрузки эквивалентными циклограммами?

Заданную переменную нагрузку заменяют постоянной, равноценной по влиянию на усталостную прочность детали.

19. Чему равна доля работоспособности, утраченная деталью в результате действия

нагрузки i-той ступени циклограммы?

20. Чему равна сумма долей работоспособности для всех ступеней циклограммы и соответствии с гипотезой линейного суммирования повреждений?

21. Как можно определить эквивалентное число циклов в зависимости от эквивалентного времени?

22. Чему равен коэффициент влияния размеров? Какой из факторов (металлургичес­кий, технологический или масштабный) учитывает этот коэффициент?

Снижение временного сопротивления разрыву и предела текучести учитывается коэффициентами:

Коэффициенты влияния абсолютных размеров при циклических нагрузках:

Коэффициент влияния размеров учитывает масштабный фактор.

23. Определите понятие «концентрация напряжений».

В местах изменения формы деталей, а также в зонах сопряжения с натягом возникают повышенные напряжения это явление называется концентрацией напряжений.

24. Что представляет собой теоретический коэффициент концентрации напряжений?

Отношение максимального местного напряжения к номинальному называется теоретическим коэффициентом концентрации и обозначается α_σ и α_τ соответственно при нормальном касательном напряжениях.

25. Что называют эффективным коэффициентом концентрации напряжений?

Снижение прочности, вызванное концентратором, в зависимости от материала, термообработки, технологических способов упрочнения и других факторов, при R=-1 это снижение оценивает эффективным коэффициентом концентрации, равным отношению предела выносливости σ_-1 гладкого полированного образца к пределу выносливости σ_-1k образца или детали того же диаметра, но с тем или иным концентратором:

26. Укажите связь между эффективным и теоретическим коэффициентом концентрации напряжений. Для каких материалов теоретический коэффициент равен эффективному коэффициенту концентрации напряжений?

чем меньше σ_в тем коэффициенты совпадают.

27. Что представляет собой коэффициент, учитывающий влияние шероховатости?

Развитию усталостных трещин способствуют возникшие в результате механической обработке шероховатости, являющиеся также концентраторами напряжений, их влияние учитывается коэффициентом шероховатости.

28. Перечислите виды упрочняющей обработки поверхностей деталей. Что называют коэффициентом упрочнения?

• наклеп (дробеструйная обработка или накатка роликами)

• поверхностная закалка

• химико-термическая обработка (цементация, нитроцементация, азотирование)

Влияние этих факторов учитывается коэффициентом упрочнения:

29. Что представляет собой коэффициент перехода от предела выносливости образца к пределу выносливости детали? Укажите зависимость для расчета этого коэффициента.

Коэффициент перехода от предела выносливости образца к пределу выносливости детали связывает эти характеристики.

Коэффициенты определяют по формулам:

30. Какие напряжения называют допускаемыми? Укажите варианты предельных напряжений которые принимают при расчете статической и усталостной прочности.

Максимальные напряжения возникновения которых допускается в процессе эксплуатации детали называются допускаемыми.

При расчете принимают предельные нормальные и предельные касательные.

31. Дайте определение понятия запаса прочности и запаса выносливости.

Запас прочности - отношение:

- предела прочности материала; к

- максимальному нормальному механическому напряжению, которое будет испытывать деталь в работе.

Запас выносливости - отношение:

- предела выносливости материала; к

- максимальному нормальному механическому напряжению, которое будет испытывать деталь в работе.

32. Какую зависимость используют для оценки усталостной прочности (выносливости) при совместном действии нормальных и касательных напряжений с произвольными коэффициентами асимметрии циклов?

33. Какие факторы учитывают при выборе допускаемой величины коэффициента запаса при расчета на усталостную прочность?

Сопряженные поверхности, условия их работы и виды изнашивания

1. Какие поверхности называют сопряженными совпадающими и сопряженными несовпадающими?

Совпадающие контактирующие поверхности называются сопряженными совпадающими.

Примеры: винт-гайка, фрикционные муфты.

2. Какими параметрами оценивают уровень загруженности сопряженных совпадающих поверхностей, и что является критерием их износостойкости?

• давление – p

• напряжение смятия - σ_см

Критерием износостойкости является величина интенсивности изнашивания.

3. Каким параметром оцениваю уровень загруженности сопряженных несовпадаю­щих поверхностей и что является критерием их прочности и износостойкости?

• контактное напряжение – σ_H

• коэффициент контактных напряжений – С_Н

Критерием износостойкости является величина интенсивности изнашивания.

4. Представьте формулу и эпюру напряжений смятия для сопряженных совпадаю­щих цилиндрический поверхностей которые собраны без зазора и без натяга.

5. Представьте вид эпюры контактных напряжений для сопряженных несовподающих цилиндрических поверхностей и напишите формулу, по которой вычисляют максимальную величину контактного напряжения.

6. Дайте определение понятия удельной нагрузки для контакта несовпадающих цилиндрических поверхностей и сформулируйте понятие о коэффициенте неравномерности распределения этой нагрузки при перекосе осей цилиндров.

Нагрузка приходящиеся на единицу длины линии контакта называется удельной нагрузкой.

7. Что представляет собой понятие приведенного радиуса кривизны?

8. Какими кинематическими параметрами характеризуют условия работы в зоне контакта сопряженных поверхностей?

• скорость скольжения – v_s

• суммарная скорость контактирующих точек относительно зоны контакта – v_Σ

• удельная скорость скольжения - ₁, ₂.

9. Перечислите виды трения движения со смазкой.

• жидкостное

• граничное

• трение без смазки

• смешанное трение

10. При каких условиях развивается абразивный вид изнашивания и как можно с ним бороться?

Абразивный вид изнашивания развивается при попадании или появлении абразивных частиц в зоне контакта.

Для снижения интенсивности абразивного изнашивания повышают твердость контактирующих поверхностей, изолируют контакт от внешней среды, фильтруют смазочную жидкость, соответственно рассчитывают нагружение контакта.

11. Что представляет собой пластическое деформирование и как его можно предотвратить.

Пластическое деформирование вид механического изнашивания представляет собой изменение формы на микро- или макроуровне.

Пластическое деформирование предотвращается правильным определением действующих нагрузок, учетом свойств материала, влияния погрешностей и деформаций на распределение давления в зоне контакта. Повышение твердости снижает пластическое деформирование.

12. Опишите возможные механизмы развития выкрашивания (питтинга) и способы его предотвращения.

• в результате повторного действия циклов контактного напряжения

• ограниченное выкрашивание (обкатка)

• прогрессирующий механизм

Выкрашивание предотвращается увеличением упрочненного слоя, твердости металла под упрочненном слоем, отношения _y/_пр.

13. При каких условиях развивается молекулярно-механическое (адгезионное) изнашивание, опишите его механизм и способы предотвращения.

При проявлении действия сил молекулярного сцепления.

• намазывание

• задир

• повышение температуры

Повышение твердости, уменьшение пластичности, использование смазок с ПА присадками предотвращает или снижает молекулярно-механическое изнашивание.

14. Опишите механизм фреттинг-коррозии и способы борьбы с проявлением фреттинг коррозии.

Коррозийно-механическое изнашивание, возникающее при очень малых колебательных относительных перемещениях сопряженных поверхностей, обусловленных деформациями и люфтами, называется фреттинг-коррозии.

При относительных перемещениях, вызванных деформациями или люфтами, вследствии контактного трения происходит разрушение пассивирующих металл окисных пленок с последующим их возобновлением под действием агрессивных составляющих окружающей среды. Таким образом, происходит разрушение сопряженных поверхностей, нарушающее прочность соединения и правильность взаимного расположения деталей.

Способы борьбы с проявлением фреттинг коррозии:

• повышение твердости рабочих поверхностей (особенно азотирование)

• покрытие фосфатированных рабочих поверхностей дисульфидом молибдена

• уменьшение относительных перемещений

• увеличение сил трения

15. Что представляет собой окислительное изнашивание?

Окислительное изнашивание - разрушение непрерывно возобновляющихся окисных пленок.

16. Какие виды изнашивания поверхностей могут развиваться в контакте с газом и жидкостями? Опишите их механизм и способы предотвращения.

коррозийно-механическое изнашивание

17. Взаимосвязь видов изнашивания. Показать примеры взаимосвязи видов изнашивания.

• при высоких давлениях одновременно с пластическим деформированием возможно и схватывание, приводящие к задирам.

• если имеется схватывание с весьма незначительной интенсивностью изнашивания, то вызванное им повышение силы трения может послужить причиной развития усталостных трещин.

• изнашивание рабочих поверхностей неусталостного характера (например, абразивное, молекулярно-механическое) может задер­жать или даже предотвратить развитие усталостных трещин и сопутствующего выкрашивания: слой металла с поверхности сни­мается еще до того, как успевают развиться (или возникнуть) в нем усталостные повреждения. Так, в открытых зубчатых пере­дачах, как правило, не наблюдается усталостного выкрашивания, поскольку обычно имеется абразивное и молекулярно-механическое изнашивание.

• интенсивное развитие выкрашивания (особенно отслаивание) приводит к повышению давлений на неповрежденных поверхно­стях? В результате наряду с повышением интенсивности ус­талостных повреждений возникают задиры и пластические де­формации.

• твердые пленки, образовавшиеся на рабочих поверхностях в результате химического взаимодействия металла и окружающей среды, являясь причиной коррозийно-механического изна­шивания, одновременно служат защитой от молекулярно-механического изнашивания, препятствуя сближению металличе­ских поверхностей до расстояния, при котором возможно схватывание.

18. Что называют износостойкостью и как определяют величину интенсивности изнашивания для сопряженных совпадающих и несовпадающих поверхностей?

Величина, обратная интенсивности изнашивания, называется износостойкостью

Отношение толщины слоя h_L, снятого в результате изнашивания, к пути трения называют интенсивностью изнашивания

для совпадающих поверхностей:

для несовпадающих поверхностей:

19. Укажите основные периоды процесса изнашивания и признаки, по которым определяют их границы.

• период приработки

• установившиеся изнашивание

• период увеличения интенсивности изнашивания

20. Какие причины могут вызывать появление «катастрофического изнашивания»?

Изменение формы рабочих поверхностей в период установившегося изнашивания может оказаться причиной повышения давления или нарушения условия смазки

21. Представьте схему граничных слоев для поверхностей деталей до и после завершения приработки.

22. Какой вид трения называют ювенильным? При каких условиях реализуется режим ювенильного трения?

Ювенильное трение – вид трения при котором сопряженные поверхности абсолютно чисты.

Условия возникновения:

• глубокий вакуум

• при касании неровностей, освободившихся от защитных пленок под действием высоких давлений при относительном перемещении.

Подшипники качения

1. Дайте сравнительную оценку подшипников качения и скольжения.

Подшипники разделяются на подшипники скольжения и качения.

В подшипниках скольжения элемент вращающейся детали (цапфа или шейка) через слой смазки или непосредственно взаимо­действует с охватывающей его неподвижной поверхностью. На­много реже используется вариант, в котором относительно на­правления действующего усилия вращается охватывающий эле­мент.

В подшипниках качения в широком диапазоне наиболее упот­ребительных угловых скоростей (начиная с нуля) потери на тре­ние малы и мало зависят от вида смазки. Моме нт трения при ну сказе в подшипниках качения в 10—20 раз меньше, чем в подшипниках скольжения (за исключением гидростатических); требования к об­служиванию подшипников качен и я значительно менее высокие. Так, даже кратковременный перерыв в подаче смазкн в вьгсокоза-груженный подшипник скольжения с жидкостным треннем свя­зан с увеличением потерь на трение в 50—100 раз, что ведет к вы-плавлению вкладыша с возможными тяжелыми последствиями. В подшипниках качения в аналогич­ном случае вероятность отказа несра­вненно меньшая» поскольку потери на трение при кратковременном пре­кращении подачи смазки возрастают не намного.

Весьма существенным достоин­ством подшипников качен и я явля­ется сравнительно невысокая их стоимость и относительно малые экс­плуатационные расходы. Это связано с использованием для их изготовле­ния сталей с недорогими легиру­ющими присадками, высокой степенью стандартиз ации, массовостью производства, ера в ни-тельной простотой обслуживания и замены. Все это обеспечило широчайшее- применение подшипников качения вег всех видах машин, и они практически незаменимы таят, где резко изменя­ются нагрузки и скорости к частоте пуски под нагрузкой (транс­портные и грузоподъемные машины, металлорежущие станки, подавляющее большинство механических передач и т. д.).

К недостаткам подшипников качения в сравнении с подшип­никами- скольжения относятся большие виброактивность и шум, меньшая демпфирующая способность, значительные инерционные силы, действующие на- тела качения при больших угловых скоро­стях, ограничения применения по угловой скорости. Кроме того, при высоких угловых скоростях и больших значениях t_hE (экви­валентного- времени' работы под расчетной нагрузкой за полный срок службы) масса и габариты опор с подшипниками- качения больше, чем опор с подшипниками скольжения.

Важным показателем при сравнении подшипников качения и скольжения является произведение nt_hE где п — частота вращения.

Это связано с тем что с увеличением nt_hE растет число циклов перемен напряжений и падает в связи с этим допускаемая нагрузка из условия выносли­вости контактирующих поверхностей в подшипниках качения. Отмеченное положение в подшипниках скольжения имеет значи­тельно меньшее значение и практически не влияет при постоянной нагрузке. Дело в том, что нагрузочная способность подшипников скольжения, как правило, ограничивается прочностью сопряжен­ной поверхности, выполненной из антифрикционного материала.

Эта поверхность обычно не вращается относительно вектора ра­диальной силы, и поэтому число циклов перемен напряжений при постоянной нагрузке в машинах с малым числом пусков и остано­вок ничтожно мало.

Потери на трение в подшипниках качения и в подшипниках скольжения, в которых обеспечено с помощью гидродинамиче­ского эффекта жидкостное трение, отличаются мало.

Достоинства подшипников скольжения проявляются в боль­шей степени с увеличением угловой скорости и срока службы, со снижением колебаний нагрузки и числа пусков и остановок. По­мимо этого подшипники скольжения во многих случаях незаме­нимы при необходимости разъема в осевой плоскости (например, в случае коленчатых валов), при работе в воде и агрессивных сре­дах и т. д.

2. Что зашифровано в условном обозначении подшипников двумя цифрами справа в основном обозначении? Что обозначает третья цифра справа в основном обозначении подшипника?

Двумя цифрами справа в основном обозначении подшипников зашифрован внутренний диаметр помноженный на 5. Двумя цифрами справа в основном обозначении подшипников зашифрована серия подшип­ника:

• 1 – особолегкая;

• 2 – легкая;

• 3 – средняя;

• 4 – тяжелая;

• 5 – легкая широкая;

• 6 – средняя широкая;

• 8, 9 – сверхлегкая;

3. Где в условном обозначении подшипника содержится информация о типе подшипника и его конструктивных особенностях?

В четвертой цифре справа. Цифры, следующие за четвертой, характеризуют конструктивные особенности исполнения внутреннего или наружного колец

4. Перечислите основные признаки, по которым классифицируют подшипники качения.

• по направлению воспринимаемой нагрузки;

• по числу рядов качения;

• способности самоустанавливаться;

• по форме тел качения;

• по габаритным размерам;

5. Какими основными параметрами отличаются подшипники различных серий?

• габаритными размерами при данном внутреннем диаметре;

• массой;

• максимальным числом оборотов;

6. Какие основные виды изнашивания учитывают при расчете подшипников на долговечность и статическую грузоподъемность?

Преждевременный отказ из-за выкрашивания и вмятин (статическая грузоподъемность)