|
|
ВОПРОС 1. НАГРУЗКИ И НАПРЯЖЕНИЯ В ДЕТАЛЯХ МАШИНСтр 1 из 8Следующая ⇒ ВОПРОС 1. НАГРУЗКИ И НАПРЯЖЕНИЯ В ДЕТАЛЯХ МАШИН В конструкциях детали работают в различных условиях, которые в совокупности образуют режимы нагружения – закономерности изменения нагрузки в конкретных условиях внешней среды. При этом, под нагрузкой понимают не только механическое воздействие (сила, момент), но и любое другое действие, например тепловое, вызывающее деформацию деталей. По характеру нагружения внешние силы разделяют на поверхностные, и объемные, сосредоточенные и распределенные. По характеру изменения нагрузки во времени их подразделяют на статические и циклические. Статические нагрузки – не изменяющиеся или медленно изменяющиеся во времени. Циклические нагрузки – нагрузка изменяющаяся во времени. Циклические нагрузки характеризуются параметрами цикла: - амплитудой напряжений σа; - средним напряжением σm,; - коэффициентом ассиметрии цикла r; Циклическая нагрузка и соответственно напряжения представляются некоторой беспорядочной кривой, в которой, однако, можно установить определенную закономерность Схематизированная картина напряжений представляется следующими синусоидальными циклами: - асимметричный цикл
Среднее напряжение цикла – Амплитудное напряжение цикла – Коэффициент асимметрии цикла – - пульсирующий цикл:
Среднее напряжение цикла – Минимальное напряжение – Максимальное напряжение – Коэффициент асимметрии цикла – - знакопеременный цикл:
Среднее напряжение цикла – Амплитудное напряжение цикла – Коэффициент асимметрии цикла – В зависимости от числа циклов нагружения само нагружение бывает статическим, малоцикловым и многоцикловым. В соответствии с этим модели разрушения бывают: - статическая модель разрушения – при действии кратковременных больших сил; - малоцикловая – 102-105 циклов; - усталостная - при числе циклов нагружения более 105.
ВОПРОС 2. ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РАСЧЕТА ДЕТАЛЕЙ МАШИН Прочность является главным критерием работоспособности большинства деталей. Различают статическую прочность и усталостную прочность. Статическая прочность - это прочность при постоянной или редко повторяющейся нагрузке, например при перегрузках. Усталостная прочность - это прочность в условиях систематического изменения действующего напряжения. Расчет по допускаемым напряжениям. Основное уравнение прочности:
где
n ‑ коэффициент запаса прочности.
Большинство деталей машин испытывает сложное нагружение. Однако все разнообразие видов нагружений сводится к следующим:
- контактные напряжения для контакта двух цилиндров по линии
После преобразований получаем
где
для стали Е = (2,0…2,15)∙105 МПа,
где Расчёт резьбы на прочность.
крепежных — срез витков, ходовых — износ витков. В соответствии с этим основными критериями работоспособности и расчета для крепежных резьб являются прочность, связанная с напряжениями среза Условия прочности резьбы по напряжениям среза:
где Н ‑ высота гайки или глубина завинчивания винта в деталь;
Если материалы винта и гайки одинаковы, то по напряжениям среза рассчитывают только резьбу винта, так как d 1 < d. Условие износостойкости ходовой резьбы по напряжениям смятия:
где Способы сборки
Сборку соединения выполняют одним из трех способов: прессованием, нагревом втулки, охлаждением вала. Прессование — распространенный и несложный способ сборки. Однако этому способу свойственны недостатки: смятие и частичное срезание (шабровка) шероховатостей посадочных поверхностей, возможность неравномерных деформаций деталей и повреждения их торцов. Шабровка и смятие шероховатостей приводят к ослаблению прочности соединения до полутора раз по сравнению со сборкой нагревом или охлаждением. Для облегчения сборки и уменьшения шабровки концу вала и краю отверстия рекомендуют придавать коническую форму (рис. 7.2). Шабровка поверхностей контакта устраняется полностью при сборке по методу нагревания втулки (до 200…400°С) или охлаждения вала (твердая углекислота -79°С, жидкий воздух -196°С). Недостатком метода нагревания является возможность изменения структуры металла появление окалины и коробления. Метод охлаждения свободен от этих недостатков.
Шпонки тангенциальные
Прочность узкой грани по смятию проверяется по условию
где Сегментная шпонка является разновидностью призматической шпонки, так как принцип работы этой шпонок подобен принципу работы призматической шпонки. Основные размеры сегментных шпонок b×h×D (ширина, высота, диаметр заготовки) стандартизованы в зависимости от диаметра вала ГОСТ 24071-80. Длина шпонки l. Аналогично соединению с призматической шпонкой для сегментной шпонки получим
При длинных ступицах можно ставить в ряд по оси вала две сегментные шпонки. Соединения с цилиндрической шпонкой Цилиндрическую шпонку используют для закрепления деталей на конце вала. Цилиндрическую шпонку устанавливают в отверстие с натягом. В некоторых случаях шпонке придают коническую форму.
Условие прочности соединения цилиндрической шпонкой по напряжениям смятия:
Расчет зубчатых соединений Основными критериями работоспособности и расчета зубчатых соединений являются: - сопротивление рабочих поверхностей смятию; -- сопротивление изнашиванию от фреттинг-коррозии (это коррозионно-механическое изнашивание при малых относительных колебательных перемещениях соприкасающихся поверхностей).
Упрощенный расчет по обобщенному критерию. Вупрощенной расчетной модели принято равномерное распределение нагрузки по длине зубьев. При этом получают:
где
Для прямобочных зубьев: для эвольвентных зубьев: где Паяные соединения Соединение образуется в результате химических связей материала деталей и присадочного материала, называемого припоем. Температура плавления припоя (например, олова) ниже температуры плавления материала деталей, поэтому в процессе пайки детали остаются твердыми. Размер зазора в стыке деталей в значительной мере определяет прочность соединения. Уменьшение зазора до некоторого предела увеличивает прочность. Размер оптимального зазора зависит от типа припоя и материала деталей. Для пайки стальных деталей тугоплавкими припоями (серебряными и медными) приближенно рекомендуют зазор 0,03…0,15 мм, при легкоплавких припоях (оловянных) ‑ 0,05…0,2 мм.
Например, для стыковых соединений
для нахлесточных соединений (рис. 4.4, 6)
где Аналогично можно записать расчетные напряжения для других конструкций соединений. Конструкция клеевых соединений подобна конструкции паяных, только припой здесь заменен клеем, а образование соединения выполняют без нагрева деталей. Соединение осуществляется за счет сил адгезии (сил сцепления) в процессе затвердевания жидкого клея. Прочность клеевого соединения в значительной степени зависит от толщины слоя клея. Рекомендуемые значения 0,05...0,15 мм. Клеевые соединения лучше работают на сдвиг, хуже на отрыв. Поэтому предпочтительны нахлесточные соединения. Расчеты на прочность производят по тем же формулам, что и для паяных соединений. Качество клеевого соединения характеризуется не только его прочностью, но также водостойкостью, теплостойкостью и другими показателями. Заклёпочные соединения
Достоинства заклёпочного соединения: + соединяют не свариваемые детали; + не дают температурных деформаций; + детали при разборке не разрушаются. Недостатки заклёпочного соединения: ` детали ослаблены отверстиями; ` высокий шум и ударные нагрузки при изготовлении; ` повышенный расход материала. Заклёпки изготавливают из сравнительно мягких материалов: Ст2, Ст3, Ст10, Ст15, латунь, медь, алюминий. Заклёпки стандартизованы и выпускаются в разных модификациях. ‑ Сплошные с полукруглой головкой (а) ГОСТ 10299-80, 14797-85 для силовых и плотных швов; ‑ Сплошные с плоской головкой (б) ГОСТ 14801-85 для коррозионных сред; ‑ Сплошные с потайной головкой (в) ГОСТ 10300-80, 14798-85 для уменьшения аэро- и гидросопротивления (самолёты, катера); ‑ Полупустотелые (г,д,е) ГОСТ 12641-80, 12643-80 и пустотелые (ж,з,и) ГОСТ 12638-80, 12640-80 для соединения тонких листов и неметаллических деталей без больших нагрузок.
Заклёпки испытывают сдвиг (срез) и смятие боковых поверхностей. По этим двум критериям рассчитывается диаметр назначаемой заклёпки. При этом расчёт на срез – проектировочный, а расчёт на смятие – проверочный. Здесь и далее имеем в виду силу, приходящуюся на одну заклёпку.
Напряжения смятия на боковых поверхностях заклёпки s см = P/Sd ≤ [ s ] см, где S – толщина наименьшей из соединяемых деталей. При проектировании заклёпочных швов как, например, в цистернах, необходимо следить, чтобы равнодействующая нагрузок приходилась на центр тяжести шва.
Проектный расчёт валов Диаметр вала предварительно оценивают из расчета только на кручение при пониженных, допускаемых напряжениях (изгибающий момент пока не известен, так как неизвестны расположение опор и места приложения нагрузок).
Напряжения кручения Обычно принимают:
Расчет на прочность. В большинстве случаев трудно установить действительный цикл нагрузки машины в условиях эксплуатации. Тогда расчет выполняют условно по номинальной нагрузке, а циклы напряжений принимают ‑ симметричным для напряжений изгиба и отнулевым для напряжений кручения. Выбор отнулевого цикла для напряжений кручения обосновывают тем, что большинство машин работает с переменным крутящим моментом, а знак момента изменяется только у реверсивных машин. Неточность такого приближенного расчета компенсируют при выборе запасов прочности.
Для опасных сечений определяют запасы сопротивления усталости и сравнивают их с допускаемыми. При совместном действии напряжений кручения и изгиба запас сопротивления усталости определяют по формуле
где
В этих формулах
Расчет на колебания.
На валу, вращающемся с угловой скоростью
Составляющие силы F, по осям у и z:
Силы Fy и Fz являются гармоническими возмущающими силами, которые вызывают изгибные колебания вала в направлении осей у и z. Колебания от силы Fy описываются уравнением: Колебания от силы Fz описываются уравнением: Частота собственных изгибных колебаний
где
Анализируя уравнение колебаний позволяет отметить, что при При Таким образом, даже при ничтожно малой неуравновешенности в условиях резонанса можно ожидать разрушения машины. Частоту вращения (мин-1), при которой наступает резонанс, называют критической:
ВОПРОС 1. НАГРУЗКИ И НАПРЯЖЕНИЯ В ДЕТАЛЯХ МАШИН В конструкциях детали работают в различных условиях, которые в совокупности образуют режимы нагружения – закономерности изменения нагрузки в конкретных условиях внешней среды. При этом, под нагрузкой понимают не только механическое воздействие (сила, момент), но и любое другое действие, например тепловое, вызывающее деформацию деталей. По характеру нагружения внешние силы разделяют на поверхностные, и объемные, сосредоточенные и распределенные. По характеру изменения нагрузки во времени их подразделяют на статические и циклические. Статические нагрузки – не изменяющиеся или медленно изменяющиеся во времени. Циклические нагрузки – нагрузка изменяющаяся во времени. Циклические нагрузки характеризуются параметрами цикла: - амплитудой напряжений σа; - средним напряжением σm,; - коэффициентом ассиметрии цикла r; Циклическая нагрузка и соответственно напряжения представляются некоторой беспорядочной кривой, в которой, однако, можно установить определенную закономерность Схематизированная картина напряжений представляется следующими синусоидальными циклами: - асимметричный цикл
Среднее напряжение цикла – Амплитудное напряжение цикла – Коэффициент асимметрии цикла – - пульсирующий цикл:
Среднее напряжение цикла – Минимальное напряжение – Максимальное напряжение – Коэффициент асимметрии цикла – - знакопеременный цикл:
Среднее напряжение цикла – Амплитудное напряжение цикла – Коэффициент асимметрии цикла – В зависимости от числа циклов нагружения само нагружение бывает статическим, малоцикловым и многоцикловым. В соответствии с этим модели разрушения бывают: - статическая модель разрушения – при действии кратковременных больших сил; - малоцикловая – 102-105 циклов; - усталостная - при числе циклов нагружения более 105.
  Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...  Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
;
;
.
;
;
;
.
;
;
.
; 
и 
‑ фактически действующие соответственно нормальные и касательные напряжения;
и 
‑ соответствующие допускаемые напряжения;
и 
‑ напряжения, приводящие к разрушению, т.е. предельные напряжения;
.
‑ удельная нагрузка;
‑ приведенный модуль упругости, 
‑ приведенный радиус кривизны:
,
и 
‑ радиусы кривизны ("+" ‑ для внешнего касания цилиндров; "-" ‑ для внутреннего);
Основные виды разрушения резьб:
, а для ходовых резьб ‑ износостойкость, связанная с напряжениями смятия 
для винта
для гайки
или 
‑ коэффициент полноты резьбы;
‑ коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбы.
‑ число рабочих витков (например, число витков гайки).
Поперечное сечение прямоугольник. В поперечном сечении соединения шпонка одной своей широкой стороной располагается касательно к окружности вала ‑ втулки. Шпонка состоит из двух односкосных одинакового уклона клиньев, составленных таким образом, что узкие грани ‑ они являются рабочими ‑ параллельны. Эти шпонки применяются сравнительно редко.
- ширина фаски;
‑ номинальный крутящий момент (наибольший из длительно действующих);
= 0,7…0,8 ‑ коэффициент неравномерности нагрузки по зубьям;
‑ число зубьев;
‑ рабочая высота зубьев;
‑ рабочая длина зубьев;
‑ средний диаметр соединения.
- допускаемое напряжение смятия зависящее от типа соединения, условий эксплуатации и твёрдости зубьев.
; 
.
; 
.
‑ модуль зубьев;
Расчет прочности паяных соединений аналогичен расчету сварных.
и 
‑ допускаемые напряжения в паяном шве.
Образуются с помощью специальных деталей – заклёпок. Заклёпка имеет грибообразную форму и выпускается с одной головкой (закладной) вставляется в совместно просверленные детали, а затем хвостовик ударами молотка или пресса расклёпывается, образуя вторую головку (замыкающую). При этом детали сильно сжимаются, образуя прочное, неподвижное неразъёмное соединение.
или 
‑ запас сопротивления усталости при изгибе;
‑ запас сопротивления усталости при кручении.
и 
‑ амплитуды переменных составляющих циклов напряжений, а 
и 
‑ постоянные составляющие.
и 
‑ коэффициенты, корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости, зависящие от механических характеристик материала.
и 
‑ пределы выносливости.
и 
‑ коэффициенты концентрации напряжений в расчетном (опасном) сечении при изгибе и кручении соответственно.
закреплен диск массой 
с эксцентриситетом е. Собственную массу вала считаем малой по сравнению с т и в расчет не принимаем (упругая система с одной степенью свободы). На вал действует центробежная сила вектор которой вращается с угловой скоростью 
‑ изгибная податливость вала или прогиб от единичной силы;
‑ статический прогиб вала от действия силы тяжести mg диска.
наступает резонанс.