Лекция 4 метал и прочн констр. Лекция Металлоемкость и прочность конструкции
 Скачать 24.94 Kb.
|
|
Лекция 4. 1. Металлоемкость и прочность конструкции Одним из наиболее простых способов увеличить прочность деталей считается увеличение геометрических размеров. Однако, это приводит к значительному, часто неоправданному увеличению металлоемкости, массы изделия. Существуют способы повышения прочности за счет использования поперечных сечений различной формы. Кроме того нагрузки можно неравномерно распределить по длине деталей. Также без значительного изменения прочности можно снизить металлоемкость изделия, если удалять слабонагруженный металл. Показатели прочности Приведенная прочность (W/ F), м где W - момент сопротивления сечения F - площадь сечения 2. Приведенная жесткость (J/F), м2 где J - момент инерции сечения. Приведенная масса соответственно: - по прочности (F/W) - по жесткости (F/J) Для получения безразмерных значений показателей (1) возводят знаменатель в степень 3/2 а (2) возводят во 2-ю степень. Получаем безразмерные показатели = W/F3/2 ; i = J/F 2 ; Эти показатели характеризуют рациональность формы. Обратные показатели характеризуют массу профиля g = F3/2 /W; gi = f 2 /J; В соответствии с формой и размерами сечений составлены таблицы и графики, позволяющие сравнивать разнообразные профили и выбирать оптимальные сечения, имеющие достаточную прочность и жесткость при незначительной массе. 1.2. Равнопрочность Равнопрочность деталей. Равнопрочностными считаются детали имеющие одинаковые максимальные напряжения в каждом сечении (с учетом концентрации напряжений). В простейших случаях нагружения: изгиб -равенство Mи / Wи для каждого сечения. кручение - равенство Mкр / Wкр; сложное напряжение - равенство запасов прочности. Выполнить детали равнопрочными иногда затруднительно по конструктивным и технологическим причинам, по этому их приходится упрощать. Так же выполнение резьб, проточек, канавок, пазов – концентраторов напряжений вызывают местное ослабление деталей. Давая выигрыш в массе, равнопрочные детали имеют меньшее значение жесткости , чем детали, имеющие местные, хотя бы незначительно повышенные запасы прочности. Равнопрочность узлов Равнопрочный узел – когда входящие в него детали имеют равную прочность. Прочность детали определяется коэффициентом запаса прочности, который равен отношению допускаемых напряжений для данного материала в опасном сечении к максимально возможным напряжениям в данном сечении при эксплуатации. На деле осуществить проектирование такого узла крайне сложно из-за наличия большого числа концентраторов напряжений, сложности деталей. Как выход из этого положения используют несколько меньшее значение запаса прочности для менее ответственных деталей, деталей несложных в изготовлении, удобных в замене. Теорию равнопрочности используют для облегчения разнообразных по конструкции деталей. Наибольшую выгоду дает применение листовых штампованных конструкций, в которых прочность и жесткость достигается применением сложных пространственных форм с использованием отбортовок, применением местных жесткостей. В некоторых случаях определить напряжения в сечениях детали - сложная математическая задача, поэтому существуют разнообразные методы экспериментального определения напряжений. Способы упрочнения материалов. Одним из способов повышения прочности не увеличивая массы является повышение прочности материалов. Способы упрочнения материалов Горячая обработка давлением. Легирование. Термическая и термохимическая обработка. Обработка методом холодной пластической деформации. 1 - Упрочнение осуществляется за счет пращения рыхлой структуры в в упрочненую с ориентированной структурой кристалов. При этом исчезают пустоты, дробятся прослойки примесей и под воздействием высокой температуры растворяются в металле. 2 - Легирование - повышение прочности с улучшением частных характеристик: вязкости, пластичности, сопротивления износу, корозионной стойкости и др. В качестве присадок используют различные химические элементы (Ni, Cr, Ванадий) 3 - Термообработка (закалка с отпуском, изотермическая закалка - образование неравновесных структур с различной плотностью и деформированностью кристаллической решетки. В зависимости от режимов Т. Обработки получают разное качество поверхности материалов. Термохимическая обработка. - насыщение поверхностного слоя легирующим элементом - углеродом - цементирование - азотом - азотирование 4. Обработка ХПД или ППД (поверхностно-пластическая деформация) Улучшение структуры материала, увеличение твердости, создание предварительно-напряженного поверхностного слоя. (Обкатка шариками, роликами, алмазное выглаживание, дробеструйная обработка. Жесткость конструкции Жесткость –способность системы сопротивлятся действию внешних нагрузок с деформациями, допустимыми без нарушения работоспособности системы. Величина обратная жесткости – упругость. Жесткость оценивается коэффициентом жесткости – отношение силы, приложенной к системе к максимальной деформации системы. С = P / f; коэффициент упругости = f / P; оценивает податливость изделия. Факторы влияющие на жесткость конструкции Материал. т.е. исп- ся показатель. Модуль упругости материала. (нормальной упругости - Е, сдвига при кручении - G) Линейные размеры деформируемого тела (длина). Геометрические характеристики сечения тела. Вид нагрузки и тип опор. Способы повышения жесткости Замена изгиба растяжением , сжатием. Установка опор (целесообразных) Рациональное увеличение моментов инерции. Усиление конструкции ребрами, работающими на растяжение сжатие. Блокирование деформаций введением диагональных и поперечных связей. Использование жесткости соседних деталей (пример полуось Газ - 21 , коробка с удлинителем.) Использование листовых штамповок различной конфигурации. 4. Правила конструирования Разрабатываемая конструкция должна обладать полезной отдачей, в частности экономическим эффектом от использования. Требовать минимальных затрат на обслуживание и ремонт. В случае модернизации должны использоваться в основном базовые детали. По возможности использовать стандартные детали и узлы. Не использовать в качестве поверхностей трения корпусные детали, обеспечивать легкую замену поверхностей трения. Исключить операции по подбору и подгонке деталей при сборке. Использовать в узлах направляющие, фиксирующие элементы, которые обеспечивают правильную установку деталей при сборке. Повышать прочность деталей способами, не требующими увеличения массы. Устранять возможность поломок, перегрузок введением ограничителей, предохранителей, блокировок, автоматических регуляторов и т.п. Использовать корпуса, кожуха для механизмов, не допускать открытых механизмов и передач. Обеспечивать страховку резьбовых соединений от самоотвинчивания. Повышать технологичность изделия за счет простого и производительного изготовления деталей и сборки механизма. Органы управления располагать в одном, удобном для работы месте. До минимума сводить использования физического труда, использовать приводные двигатели. Проверять новые детали и узлы с помощью расчета моделирования или эксперимента. Возможны и другие правила для каждой конкретной конструкции. Расчеты при проектировании Все расчеты, применяемые при проектировании, являются технико-экономическими. Они как правило производятся по отдельным параметрам. Геометрические – расчет размерных цепей, зазоров, натягов, координат, и т.д. Кинематические - расчет передаточных отношений, чисел, траекторий т.д.) Динамические (сил, скоростей ускорений и т.д.) Аэродинамических свойств. Технологические (режимы обработки, производительности, ритма такта.) Прочностные (нагрузки, давления, прочность, деформации,...) Энергетически (двигатели, энергоносители, привода....) Экономические (трудоемкости, массы. Стоимости, эффективности,....) Расчеты на точность При проектировании наиболее точными являются геометрические и кинематические расчеты, а также прочностные отдельных, наиболее ответственных элементов. Стальные, как правило, прикидочные, упрощенные, не учитывающие некоторых параметров и факторов. Однако, чем больше допущений принято в расчетах, тем меньше их точность. При этом на начальном этапе проектирования недостаточно определены и параметры устройства. В зависимости от места расчетов в процессе проектирования их делят на : Проектные - для определения исходных данных, для установления размеров основных деталей и узлов. Это в основном упрощенные расчеты. Основные этапы проектных расчетов: а) составление упрощенной расчетной схемы (моментов, сил ); б) определение численных значений; в) выбор материалов по механическим, технологическим свойствам с учетом стоимости и дефицитности; г) определение размеров с учетом действующих стандартов; д) выполнение эскизов сборок для уточнения формы и размеров деталей, в случае необходимости расчеты уточняют. 2. Проверочные – определение запасов прочности, сопоставление их с допустимыми. Основные этапы: а) выбор материала по прочностным и технологическим соображениям; б) выбор размеров в соответствии с предварительными расчетами или по иным соображениям; в) определение нагрузок (схем нагружения и величин); г) определение напряжений и запасов прочности, в случае необходимости – изменение размеров (формы) деталей и повторения расчетов; д) для ответственных деталей проводят экспериментальную проверку прочности. Расчет на точность Цель – определение требуемой точности изготовления устройства(приспособления) по выбранному параметру и задания допусков размеров деталей устройства. Расчеты состоят из: Выбор параметров (одного или нескольких) влияющих на точность обработки заготовки. Выбор расчетных факторов и принятие порядка расчета. Определение требуемой точности изготовления устройства по выбранным параметрам. Распределение допуска изготовления устройства на допуски размеров отдельных деталей (звенья размерной цепи). Внесение указанной по обеспечению точности устройства при его сборке в ТУ сборочного чертежа. n– погрешность от перекоса инструмента – экономическая точность обработки, принимаемая по таблицам. Под экономической точностью понимается точность, затраты для обеспечения которой при данном способе обработки будут меньшими чем при других способах. (берется по таблицам) Под достижимой точностью понимается точность, обеспечиваемая при обработке заготовки на хорошо отлаженном станке рабочим высокой квалификации при неограниченных затратах труда и времени на обработку. |