Основні механічні характеристики матеріалів

Шляхи зменшення навантаження елементів машин

Для зменшення навантажень, що діють у машинах на окремі де­талі, можна рекомендувати деякі заходи. Навантаження, що спри­чинені власною вагою, можуть бути суттєво зменшені раціональним вибором матеріалів. Наприклад, для слабонавантажених деталей замість сталей та чавуну можна використовувати легкі сплави або пластмаси. Масу відповідальних та сильнонавантажених деталей мож­на зменшити вибором міцніших матеріалів, які забезпечують менші розміри деталей.

Навантаження, що виникають від початкового попереднього на­пружування деталей при складанні їх, можна обмежити за допомогою активного контролю цих навантажень. Наприклад, затяжку болто­вого з'єднання треба здійснювати ключем граничного моменту, а напресовування деталей – контрольованим зусиллям. Навантажен­ня, що виникають від зміни температурних умов експлуатації маши­ни, можна зменшити деякими конструктивними заходами.

Значної уваги слід надавати зменшенню динамічних навантажень, що можна досягти зниженням рівня чи запобіганням появи зовнішніх та внутрішніх збурюючих факторів, вдосконаленням схеми машини в динамічному відношенні, використанням спеціальних пружних демпферів та гасіїв коливань, запобіжних пристроїв.

Збурюючі фактори можна зменшити перш за все використанням двигунів із постійним робочим процесом (електродвигуни, турбіни) або забезпеченням неперервних та рівномірних робочих процесів машин. У машинобудуванні має місце закономірна тенденція перехо­ду на машини неперервної дії: поршневі насоси замінюють відцентровими, стругальні верстати – фрезерними, замість ковшових екскава­торів застосовують роторні та ін.

Динамічні навантаження в машинах можна зменшити використан­ням пружних, фрикційних та запобіжник муфт, підвищенням точнос­ті виготовлення деталей, динамічним балансуванням обертових еле­ментів.

Основні механічні характеристики машинобудівних матеріалів потрібні конструктору для виконання розрахунків роботоздатності деталей машин, а деякі з них використовують для призначення техно­логії виготовлення деталей. Механічні характеристики матеріалів визначають лабораторними випробуван–нями зразків матеріалів і наводять у відповідній довідковій літературі.

До основних механічних характеристик матеріалів належать такі:

границя міцності σв, МПа – напруження в зразку матеріалу при найбільшому розтягальному навантаженні, якому передує руйнуван­ня зразка;

границя текучості σт, МПа – найбільше напруження, при якому зразок деформується без значного збільшення розтягального наванта­ження;

границя витривалості σR, МПа – найбільше напруження, при якому зразок витримує без руйнування задану кількість циклів зміни напруження, що вибирають за базу випробувань;

відносне видовження δ, % – відношення приросту розрахункової довжини зразка після розриву до його початкової розрахункової довжини;

модуль пружності для розтягу Е, МПа, або зсуву G, МПа – відношення напруження до відповідної йому відносної деформації зразка в границях справедливості закону Гука;

коефіцієнт Пуассона μ – відношення відносної поперечної деформації зразка до відносної його поздовжньої деформації (за абсолютним значенням);

твердість (НВ – за Брінеллем; HRA, HRB, HRC – за Роквеллом; HV – за Віккерсом) – умовна величина, виміряна відповід­ними приладами (твердомірами), яка характеризує опір заглиблю­вання в поверхню матеріалу стандартного індентора (сталевої куль­ки, вершин алмазних конуса чи піраміди).

Границя міцно­сті не може бути універсальним показником для вибору матеріалу тієї чи іншої деталі. У практиці конструювання машин слід врахову­вати весь комплекс умов, в яких повинні працювати окремі деталі, а також найдоцільнішу технологію виготовлення їх. Узагальнену інформацію про придатність матеріалу для тієї чи іншої деталі можуть дати перелічені вище механічні характеристики, а також деякі інші, такі як коефіцієнт тертя, теплопровідність, коефіцієнт лінійного роз­ширення.

Твердість матеріалу – дуже важливий показник, оскільки багато механічних характеристик можуть бути обчислені через твердість, а визначення твердості не вимагає руйнування виробу і може бути легко виконане за допомогою стандартних приладів. Переведення одиниць твердості, добутих на відповідних приладах, можна здійсни­ти за допомогою графіків (рис. 3.2).

Між механічними характеристиками машинобудівних матеріа­лів експериментально встановлено деякий взаємозв'язок. Наприк­лад, знаючи границю міцності матеріалу σв, можна наближено оці­нити границю витривалості σR цього матеріалу. Залежності для на­ближеного визначення границь витривалості деяких конструкційних матеріалів наведені в таблицях.