ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Предупреждение поломок деталей из "Как создают машины " Расчетом всего не предусмотришь. Ведь расчеты основаны на законах, которые при всей своей научной ценности не могут охватить буквально все стороны явления. [c.189] Несмотря на то, что детали машин рассчитываются на прочность и согласно расчету должны выдержать действующие на них нагрузки, части машин при работе все же нередко ломаются. А поломки не только надолго выводят оборудование из строя, но порой сопровождаются и несчастными случаями. Представьте, что в пути сломается ось паровоза, вагона или же какая-то важная деталь самолета, — неминуема катастрофа. К несчастным случаям могут привести поломки деталей автомобилей, станков, турбин и очень многих других машин. Вот почему нужно всеми имеющимися средствами предупреждать самую возможность поломок. [c.189] Теория и практика выработали ряд средств предупреждения аварий и среди них конструктивные меры. [c.190] В прошлом, когда строились тихоходные машины, поломок было меньше. Но скорости год от года повышались, и число поломок резко возрастало. Детали стали внезапно разрушаться гораздо раньше расчетного срока. Ломались оси вагонов, валы паровых машин, дышла паровозов, шатуны, рессоры, железнодорожные рельсы, лопатки турбин и многое другое. [c.190] Машиноведы и ученые, тш ательно изучив участки поломок и характер разрушения деталей, нашли главную причину, останавливающую жизнь машин, — усталость металла. [c.190] Быстро летит самолет. Вращаются и движутся в разные стороны детали мотора. Материал, из которого они сделаны, тысячи и миллионы раз подряд то сжимается, то растягивается, то сгибается в разные стороны, то скручивается. [c.190] Возьмем железнодорожный поезд. Под действием нагрузки изгибаются оси вагонов и паровоза, по мере вращения осей изменяются и напряжения, возникающие в различных слоях материала. Те слои, которые только что находились наверху и растягивались, через доли секунды оказываются внизу и сжимаются. Такая нагрузка, — а ей подвергаются детали всех машин, — называется знакопеременной, она много раз подряд меняет направление своего действия и изматывает металл, утомляет его. Некоторые нагрузки могут породить колебание деталей. Например, удары струй газа в ротор турбины вызывают дрожание лопаток с частотой, доходящей до 200 тыс. колебаний в минуту Попробуйте подсчитать, сколько изгибов претерпевает каждая лопатка ротора в год, — от такой работы немудрено устать. [c.190] Немецкий ученый Велер в течение 12 лет (с 1858 по 1870 г.) исследовал влияние повторной нагрузки на прочность материала. Он установил одну очень важную зависимость. Оказывается, для прочности материала не безразлично, действует ли на него постоянная сила не изменяющейся величины и направления, или же эта сила меняется, становясь то больше, то меньше и действуя то вправо, то влево, то вверх, то вниз. [c.190] Испытывая образцы металла, ученые нашли, что количество циклов (нагружений и разгружений), необходимых для разрушения образца от усталости, зависит от напряжения. Эта зависимость выражается гиперболической кривой, показанной на рисунке 75, которую мы и проанализируем. [c.191] Всестороннее изучение разрушившихся деталей показало, что поломки от усталости зависят как от свойств металла, так и от конструкций деталей, способов их изготовления и характера эксплуатации. Поэтому борьба с поломками от уста-лости должна вестись совместно металловедами, металлургами, конструкторами, проектирующими машины, технологами, выбирающими способы изготовления и изготовляющими детали, и, наконец, теми людьми, которые используют машины и ухаживают за ними. [c.192] Известно, что при остывании расплавленного металла, а также при прокатке и ковке внутри его нередко возникают пустоты, маленькие трещины, попадают шлаковые включе-ния и т. д. На поверхности эти пороки, как правило, не видны. Но когда из такого металла будет изготовлена деталь, то невидимый порок проявит себя и рано или поздно вызовет поломку машины. Поэтому слитки металла, прокат и поковки, идущие для таких ответственных деталей, как валы турбин и двигателей, изготовляются весьма тщательно. Их обязательно проверяют при помощи дефектоскопов — специальных приборов, позволяющих обнаружить невидимые глазом внутренние пороки металла. [c.192] Опасны для прочности не только невидимые пороки. Изучение характера поломок деталей машин показало, что на их долговечность влияют главным образом форма и способы обработки. Обрыв планки контркривошипа паровоза происходит обычно по краю шпонки изломы вала крана —в участках резкого перехода от большего сечения к меньшему, выполненного без галтели, и т. д. Грубые риски на поверхности, впадины между зубьями шестерни вызывают появление постепенно растущих трещин усталости. [c.192] Дело в том, что изменение формы детали вызывает в ней перераспределение напряжений и сосредоточение (концентрацию) их в острых углах и местах резких переходов (рис. 76). [c.192] Концевые выточки могут появиться при проектировании деталей, а риски и канавки — в результате обработки поверхности. Все это должен учитывать конструктор и не допускать большой концентрации напряжений. [c.193] Когда детали машин подвержены таким видам деформации, как изгиб или кручение, вопрос о концентрации напряжений имеет первостепенное значение. Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования показали, что форма изгибаемых или скручиваемых деталей оказывает большое влияние на распределение в ней напряжений. [c.193] Тщательность отделки поверхностей деталей, изготовленных из легированны Х сталей, — один из главнейших элементов экономии материалов, так как срок службы грубо обработанных и сильно напряженных деталей в 2—3 раза короче по сравнению с полированными изделиями. [c.193] Классические опыты, доказывающие влияние поверхностных повреждений на прочность, были еще до войны поставлены академиком А. Ф. Иоффе. Из куска каменной соли вырезали два круглых стержня. Один из них тотчас же подвергался растяжению на разры1ВН0Й машине. Разрывное усилие было невелико. Другой стержень предварительно опускали на короткое время в воду, а затем также подвергали разрыву, и этот стержень выдерживал нагрузку, в десятки раз большую. [c.194] Причина такого упрочнения открылась при изучении образцов под микроскопом. Оказалось, что поверхность сухого стержня была вся усеяна мельчайшими, невидимыми глазу трещинами и царапинами, а поверхность стержня, смоченного водой, была совершенно гладкой. Вода, растворив тончайший поверхностный слой соли, вместе с ним удалила и пронизывающие его царапины, которые перестали служить очагами концентрации напряжений и ослабления стержня. [c.194] Недостаточно гладкая поверхность — с царапинами, трещинами и надрезами—облегчает, кроме того, возникновение коррозии, вызывает повышеииьий износ и ухудшает работу трущихся деталей. Поэтому, несмотря на дополнительные затраты, машиностроители стремятся к возможно более чистой отделке поверхностей ответственных деталей, придающей им гладкость и устраняющей пороки. Именно в них концентрируются напряжения и начинается разрушение задолго до того, как нагрузка достигает величины, равной истинной прочности металла. [c.194] На рисунке 77 приведены графики значений коэффициентов концентрации напряжений для ступенчатых валов при изгибе и кручении. Эти диаграммы, полученные опытным путем, помогают конструктору выбрать оптимальное соотношение радиуса галтели— г к диаметру вала—d. В самом деле, предположим, что конструктор принял это отношение равным 0,05 и выполнил сопряжение, как на рис. 76. Тогда, согласно диаграмме, коэффициент концентрации напряжений при изгибе будет больше 2. Это большая величина, она потребует дополнительной затраты материала на усиление (утяжеление) детали. [c.194] Вернуться к основной статье