Класифікація конструктивних елементів

ОПІР МАТЕРІАЛІВ

Вступ

Опір матеріалів – це наука про інженерні способи розрахунку елементів машин, механізмів і споруджень на міцність, ; жорсткість і стійкість.

Міцність – здатність матеріалу конструкції не руйнуватися, при впливі експлуатаційних навантажень.

Жорсткість – здатність елементів конструкцій протистояти зовнішнім навантаженням з min деформаціями.

Стійкість – це здатність елементів конструкції або всієї конструкції зберігати первісну форму при впливі зовнішніх експлуатаційних навантажень.

P

p

 

а)                                  б)

Рис. 16. Втрата стійкості: а – стрижнем, б – оболонкою.

Опір матеріалів ґрунтується на теоретичних і експериментальних даних.

	опір матеріалів
Теорія пластичності	Теорія пружності	Теорія стійкості оболонок

Класифікація конструктивних елементів

Стрижень (брус, балка).

Оболонки.

Пластини.

Масивні тіла.

Стрижень – це тіло у якого один розмір значно більше іншого, розміри перетину малі. Уживається при розтяганні-стиску. Бувають прямі і криві. Прямі – вал і т.д.; Криві – гак і т.д.; Призматичні – тавр і т.д.; Перемінного перетину.

Оболонка – це тіло обмежене двома криволінійними поверхнями, відстань між якими небагато менше, ніж інші габарити цього елемента, постійного чи перемінного перетину: циліндричні, конічні, еліптичні і т.п.

Пластина – тіло в якого серединна поверхня плоска (денце поршня).

Серединна поверхня – поділяє товщину оболонки на рівні частини.

Масиви – тіла, у яких 3 розміри порівнянні.

Гіпотези, використовувані в опорі матеріалів

№1: Про сплошність матеріалів (не має пір, порожнеч і т.п.).

№2: Гіпотеза про однорідність і изотропности (тобто в будь-якій крапці тіла однакові властивості).

№3: Про малість деформацій, тобто елемент під дією навантажень деформується незначно (можна зневажити).

№4: Гіпотеза про ідеальну пружність матеріалу (відновлення форм і розмірів до первісних після розвантаження).

Деформація – зміна розмірів і форми деталі машини, елементу конструкції під дією зовнішніх навантажень.

Класифікація зовнішніх навантажень (3 категорії)

1. Сили (зовнішні), що діють з боку сполучених елементів на розглянуту конструкцію.

2. Сили тяжіння і інерції.

3. Температурні впливи.

Характер прикладення сил

Зосереджені.

Розподілені по довжині.

Розподілені по площі.

Розподілені по об’єму (ваги і т.п.)

Види деформацій

Класифікація за Писаренком:

Розтягання (стиск) стрижнів, зсув (зріз), крутіння, вигин.

Розтягання (стиск) стрижнів

	N – результуюча внутрішніх сил.  Па, (кПа, МПа), тут F – площина перерізу.
	- напруження в поперечному перерізі. Принцип Сен-Венана. Застосовують гіпотезу про те, що кожне „волокно” деформується однаково.
Рис. 17. Пояснення до визначення .

Принцип Сен-Венана

Відноситься тільки до розтягання (стиску).

Принцип: особливість прикладення зовнішніх навантажень не впливає на розподіл внутрішніх сил (і величину деформації) у місцях вилучених від місця прикладення зовнішніх сил більше чим габарит поперечного переріза.

Рис. 18. Різні види навантажень.

Закон Р.Гука (два записи).

 - (перший запис), де:

P – зовнішнє зусилля;                          l – довжина стрижня (повна);

F – площа поперечного переріза;       E – коеф. пропорційності (модуль пружності І роду, він же модуль Юнга).

Е_сталі=(2, 0  2, 1)*10⁵ МПа

 - абсолютне подовження (укорочення) стрижня. Якщо  і ε =  - відносна деформація (удл.), то σ = ε Е другий запис

Коефіцієнт Пуассона

	- відносна деформація розтягнення  - відносна деформація перетину Фізико-механічний параметр матеріалу:
Рис. 21. Пояснення до коефіцієнта Пуассона.

Діаграма розтягання

Для визначення міцності матеріалів їх випробовують на спеціальних машинах і одержують діаграми залежності напружень σ від деформації ε.

Рис. 22. Діаграми розтягу: а – абсолютні параметри, б – відносні параметри.

 

OA – зона пропорційності;      - межа пропорційності;

OB - зона пружної деформації;  - межа пружності;

ВС – зона пластичної деформації;      - границя плинності;

CD – зона плинності;                            - межа міцності;

DE – зона упрчнения;

EF – зона утворення шійки в зразку;

F – розрив зразка.

(модуль Юнга)

Рис. 23. Діаграми різних матеріалів.

 

Приклад: сталь 2 =200 Мпа      =240 Мпа =340-380 МПа

Зразок

l=15d - випробують на розтягання.

Рис. 24. Зразок для випробувань на розрив.

Зсув (зріз)

Кутова деформація ( - відносний зсув Ð А =90° - g Ð У =90° + g

Рис. 25. Схема „навантаження-деформація” зсуву.

 ;              - розтягання-стиск;

 - зсув, де t - дотичне напруження; G – модуль зсуву, модуль пружності ІІ роду.

 - зв'язок між модулями розтяг. і зсуву через коеф. Пуассона.

            Е=2, 1*10⁵ МПа    G=0, 7*10⁵ МПа – для сталі.

Зріз, якщо площини AD і ВС зближені впритул.

Крутіння

б)

Рис. 26. Схема навантаження:  - стрижня, б – малого елемента.

 

Крутіння це така деформація при якій у кожному поперечному перерізі діє момент, що закручує стрижня.

З ОАA':      З О’АA':

            ^- відносне закручення.

                      - дотичні напруження крутіння.

Обертальний момент

Рис. 27. До визначення Ір.

 , де  - полярний момент інерції;

 - мах кут закручення; [  - (аналогія при розтягуванні)];

 - напруження крутіння, де W_p – полярний момент опору;

;

[  - аналог при розтягненні];

а) б) в)	Для кільця:  - полярний момент
	- дзеркальна формула.

Рис. 28. Епюри : а – полого стрижня, б – сплошного, в – співвідношення d/D.

 

Згин

Визначення: Вигином називається така деформація стрижня коли в кожному поперечному перерізі виникає згинальний момент (стрижень: балка).

Якщо на балку діє тільки момент згину, то вигин назывется чистим. (як правило впливають ще і поперечні сили які ^ осі балки. Існують поздовжні вигини).

Рис. 29. Правила знаків Q і М.

 

Правило знаків.

Якщо результуюча всіх сил (зовнішніх) ліворуч розглянутого перетину спрямована вгору, то вона вважається позитивною і навпаки.

Якщо сумарний момент згину, що діє на балку ліворуч від „mn”, спрямований по годинниковій стрілці, то він позитивний і навпаки.

Диференціальні залежності

-  -  - б

 

Рис. 33. Елемент балки:

 

а – без навантаження, б – навантаження q, в – навантаження Р.

 - б

Метод припустимих напружень

Будується структурна схема, далі епюри, знаходиться місце найбільшої напруги (небезпечні переріз)

 - коефіцієнт запасу міцності

Запас міцності

Розділяють:

1. Запас міцності при статичних навантаженнях.

2. Запас міцності при динамічних навантаженнях.

1. Визначають одним з методів коефіцієнт :

 ; ;

У залежності від матеріалу і відповідальності вузла назначається коефіцієнт запасу міцності.

2. При перемінних навантаженнях.

Використовуємо діаграму Хейя.

ДЕТАЛІ МАШИН

Вступ

Якість деталей машин визначається двома критеріями: працездатність і економічність.

Працездатність припускає стабільне функціонування машини з заданими параметрами без поломок у плині заданого часу (ресурс).

Економічність – комплекс стоимостей проектування, виготовлення, монтаж, експлуатацію (з урахуванням ремонтів).

Працездатність визначається міцністю, жорсткістю, стійкістю (у сопроматериальном змісті) зносостійкістю, теплостійкістю, вибростойкостью й ударостійкістю.

 

Міцність – здатність не руйнуватися.

Жорсткість – мінімальна деформація.

Стійкість –здатність не втрачати форми при зовнішніх навантаженнях.

Зносостійкість – визначається якістю змащення поверхонь тертя і матеріалами контактуючих деталей.

Теплостійкість – здатність машини довгостроково працювати при експлуатаційних температурах.

Вібростійкість – здатність відпрацьовувати ресурс в умовах експлуатаційних вібрацій.

Ударостійкість – (для військової, спеціальної, морської техніки) здатність зберігати робочі властивості при ударних навантаженнях.

Зубчасті передачі.

П.1. Згинна міцність зубців

Чотири припущення:

· усе навантаження передається однією парою зубів;

· навантаження прикладене до вершини зуба під кутом ;

· сили тертя не враховуються;

· зуб вважати як консольну балку.

Рис. 40. Зуб як консольна балка.

 

 , де  - модуль,  - ширина зачеплення,  - плече окружного навантаження

 , де  - ділильна окружність.

           - коефіцієнт форми зуба.

 де  - потужність у кВт,  - число обертів за хвилину

 - розрахунковий момент

 - відносний коефіцієнт ширини колеса (до модуля)

 - коефіцієнт форми зуба.

Черв'ячні передачі (Ч.П)

Переваги: велике передатне відношення ; безшумність, самогальмування (підйом витка черв'яка )

Недоліки: низький К.П.Д.

Рис. 42. Геометричні параметри черв’ячного зачеплення.

 

 - ділильний циліндр черв'яка;

 - ділильна окружність черв'яка;

 - діаметр виступів;

 - діаметр западин.

 - кут профілю черв'яка (15° чи 20°)

 - кут підйому гвинтової лінії.

- число заходів черв'яка.  - число зубів колеса.  - крок колеса  .

Рис. 43. Кут підйому витка.

П.3. Матеріали

Вуглеродисті сталі, легіровані – черв'яки; колеса – композитні.

П.6. К.К.Д. черв'ячної пари

 ,  - кут підйому гвинтової лінії;  - кут тертя;

Повинний бути баланс , де  - виділена теплота тертя;  - відведена теплота.

 , де К – тепловий еквівалент потужності;

 , де  - коефіцієнт теплоотвода;  - перепад температур - ;  - площа поверхні теплоотвода.

П. 1. Матеріали

Сталі вуглеродисті, легіровані (нержавіючі), титанові сплави.

П.2. Розрахунок валів

Три види розрахунків валів:

· розрахунок на міцність: статичну й втомну;

· розрахунок жорсткості;

· розрахунок критичного числа оборотів.

П.4. Конструювання валів

Спершу розрахункова схема.

З умови номінального моменту  крутить, і числа оборотів, по занижених дотичних  напруженнях знаходиться мінімальний діаметр вала.

 - дотичне напруження

 (суцільний вал)

              - задано

         

Для валів загального призначення і зубчастих передач:

Підшипники кочення (П.К.)

Позитивні властивості: Зменшені втрати на тертя ; Дешевина і доступність; Немає необхідності в спеціальних способах змащення. Допускає помірні навантаження й обороти. Недоліки: Погане сприйняття ударних навантажень, при високих оборотах – високий рівень шуму.

Рис. 47. Схема підшипника кочення.

 

Класифікація:

За формою тіла качения: кулька і ролик (циліндричні, конічні, бочкообразные, голчасті, кручені).

По напрямку навантаження (радіальні, радіально-упорні, упорні).

По навантажувальній здатності (серії): особливо-легка, легка, середня, важка, особливо-важка.

По точності: Н-нормальный, П-повышенный, В-високий, А-особовысокий, З-надвисокий.

Матеріали: сталі спеціальні шарикопідшипникові (ШХ15, ШХ18).

Підшипники ковзання

Рис. 49. Підшипники ковзання: а – опорний, б – упорний.

 

П.1. Основні переваги

Можуть сприймати дуже великі навантаження, чи дуже великі частоти обертання , n=10000...40000 об/хв.

Можуть використовуватися в прецизійних парах.

Працюють в агресивних і забруднених середовищах.

Розміри вала перевищують .

Розбірні підшипники (вкладиші)

Добре працюють в умовах вібрацій, ударів.

Недоліки: бояться кромочних навантажень; потребують доброго змащення і підгонки по валу.

П.2. Змащення

Залежать від умов роботи.

Режим рідинний і напіврідинний на розгоні і вибігу. Формула Петрова.

 - мінімальна товщина масляного шару (показник навантажувальної здатності);

 - динамічна в'язкість олії;

 - частота обертання;

 - питомий тиск на підшипник.

 

Умови гідродинамічного вспливу вала в підшипнику:

· наявність клинового зазору;

· обов'язкове постійне заповнення зазору олією;

· відносна швидкість руху між підшипником і валом.

 

а)

б)

Рис. 50. Схеми навантаження і епюри тиску:

а – опорного, б – упорного.

Різьбові сполучення

Відносяться до виду рознімних з'єднань. До них відносяться гвинтові механізми.

П.1. Класифікація

1) по профілю (трикутна, прямокутна, трапецевидна...);

2) по напрямку витків: права, ліва;

3) по числу заходів (одно і багатозаходні).

П.2. Методи виготовлення

Вручну, верстатно, накатка, фрезерування, лиття, штампування.

 - середній діаметр;  - зовнішній діаметр,  - внутрішній діаметр;

 - кут профілю;

 - крок одного заходу різьблення.

 - висота гайки.

 - хід;

 , де  - число заходів.

Метрична, трубна, дюймова.

Рис. 51. Кут підйому витка різьби.

П.3. Застосування

Кріплення, гвинтові механізми (у верстатах, домкратах, підйомниках).

ОПІР МАТЕРІАЛІВ

Вступ

Опір матеріалів – це наука про інженерні способи розрахунку елементів машин, механізмів і споруджень на міцність, ; жорсткість і стійкість.

Міцність – здатність матеріалу конструкції не руйнуватися, при впливі експлуатаційних навантажень.

Жорсткість – здатність елементів конструкцій протистояти зовнішнім навантаженням з min деформаціями.

Стійкість – це здатність елементів конструкції або всієї конструкції зберігати первісну форму при впливі зовнішніх експлуатаційних навантажень.

P

p

 

а)                                  б)

Рис. 16. Втрата стійкості: а – стрижнем, б – оболонкою.

Опір матеріалів ґрунтується на теоретичних і експериментальних даних.

	опір матеріалів
Теорія пластичності	Теорія пружності	Теорія стійкості оболонок

Класифікація конструктивних елементів

Стрижень (брус, балка).

Оболонки.

Пластини.

Масивні тіла.

Стрижень – це тіло у якого один розмір значно більше іншого, розміри перетину малі. Уживається при розтяганні-стиску. Бувають прямі і криві. Прямі – вал і т.д.; Криві – гак і т.д.; Призматичні – тавр і т.д.; Перемінного перетину.

Оболонка – це тіло обмежене двома криволінійними поверхнями, відстань між якими небагато менше, ніж інші габарити цього елемента, постійного чи перемінного перетину: циліндричні, конічні, еліптичні і т.п.

Пластина – тіло в якого серединна поверхня плоска (денце поршня).

Серединна поверхня – поділяє товщину оболонки на рівні частини.

Масиви – тіла, у яких 3 розміри порівнянні.

123456Следующая ⇒

Поделиться: