Лекция. Основные принципы конструирования деталей. Лекция Основные принципы конструирования мдк 02. 03 Основные принципы конструирования деталей
 Скачать 0.75 Mb.
|
Лекция 2. Основные принципы конструированияМДК 02.03 Основные принципы конструирования деталей1. Принцип прямоточностиСуть принципа заключается в рациональном направлении силовых потоков.1. Передача сил должна проходить по кратчайшему пути. Так например моментный узел в крыле должен располагаться как можно ближе к центру давления.В этом случае изгибающий момент, приходящий в заделку будет иметь минимальное значение и следовательно моментный узел будет иметь минимальную массу.1. Принцип прямоточности2. Необходимо исключить изгиб, сопровождающий растяжение (сжатие).В случае (а) балка будет испытывать «чистое» растяжение, при этом появятся нормальные напряжения, которые будут постоянны по сечению.В случае (б) в сечении А-А, помимо растягивающей силы Р появится Мизг=P∙а, где а - расстояние от линии действия силы до центра тяжести рассматриваемого сечения.В случае (а) балка будет испытывать «чистое» От растягивающей силы Р появятся нормальные напряжения р, постоянные по сечению. От изгибающего момента так же появятся нормальные напряжения, которые будут изменяться по сечению по линейному закону. И тогда суммарное напряжение может иметь достаточно большое значение, что может привести к разрушению.1. Принцип прямоточности3. Материал детали необходимо концентрировать по основным силовым потокам и не работающий материал необходимо исключать.Дана балка прямоугольного постоянного сечения консольно закрепленная и нагруженная на свободном конце Q.От действия поперечной силы Q в сечении балки возникнет Мизг=Q∙х, где х — расстояние от свободного конца до рассматриваемого сечения. От действия Изгибающего момента в сечении балки возникнут нормальные напряжения м, которые будут линейно изменятся по сечению. Из анализа эпюры напряжений мы видим, что максимальные напряжение по краям сечения и, следовательно, необходимо сосредотачивать max материал по краям сечения. В близи нейтральной линии напряжения минимальны и, следовательно, там должно быть минимум материала и материал лишний должен быть удален. Таким образом, мы видим, что наиболее выгодным сечением является двутавр.1. Принцип прямоточности4. Необходимо обеспечить замыкание силовых потоков вводя дополнительный конструктивный элемент.В случае (а) силовой поток направляется по длинному пути, при этом плечи качалки испытывают изгиб, что является тяжелым случаем нагружения.В случае (б) ввели дополнительный конструктивный элемент — ребро, в результате чего силовой поток пошел по кратчайшему пути (по ребру) вызывая его растяжение или сжатие, что не является тяжелым случаем нагружения. При этом плечи качалки слабонагружены.Суть принципа заключается в рациональном распределении силовых потоков.1. Необходимо обеспечить передачу сосредоточенной силы в виде распределенной нагрузки.В случае (а) сосредоточенная сила Q приложена непосредственно к обшивке корпуса, в результате чего восприятие этой нагрузки участвует только одна точка сечения. В результате в этом месте произойдет прогиб обшивки, который может привести к разрушению. Чтобы этого не произошло в сечение, где прикладывается сосредоточенная сила устанавливают шпангоут. В результате чего появляются потоки касательных усилий qQ, которые включают в работу все сечение и разрушение конструкции не происходит. Таким образом поставив шпангоут мы сосредоточенную силу заменили распределенной, что значительно облегало работу конструкции.2. Необходимо исключать в конструкции резкий перепад жесткостей, чтобы не возникало концентрация напряжений которая может привести к разрушению конструкции.Большие вырезы в корпусе ограничиваются с одной стороны шпангоутами, а с другой бимсами (коротенькими лонжеронами). Если бимс заканчивается на шпангоуте ограничивающим вырез, то в этом сечении будет резкий перепад жесткостей, резко меняется момент инерции и как следствие в точке «А» возникает концентрация напряжений, что приведет к разрушению конструкций. Чтобы этого не произошло необходимо продлить бимс до следующего выреза шпангоута точка «В», постепенно уменьшая его сечение сводя на нет. Тогда у нас будет плавный переход жесткостей (плавное изменение момента инерции сечения) и разрушение не произойдет, т.к. не будет концентрации напряжений.Принцип пропорциональности3. Концентрация должна быть равнопрочной, т.е. иметь одинаковые напряжения во всех сечениях.Пусть дана консольно закрепленная балка постоянного сечения нагруженная на свободном конце поперечной силы Q.От действия поперечной силы Q в сечении балки возникает изгибающий момент.М=Q∙x, где х - координата текущего сечения балки.Изгибающий момент будет изменяться по линейному закону, увеличиваясь от свободного конца к заделке и принимает максимальное значение при x=L, где L-длина балки. От действия Изгибающего момента в сечении балки возникнут нормальные напряжения.T=M/W. где М - изгибающий момент в рассматриваемом сечении.Момент сопротивления сечения - W=F∙Y, где F-площадь сечения, Y-расстояние от крайней точки сечения до нейтральной оси.Для деталей балки момент сопротивления будет постоянным, т.к. площадь сечения постоянна и следовательно по длине балки будет изменятся по линейному закону (как изгибающий момент) увеличиваясь от свободного конца к заделке. Подбор площади сечения балки проводится по наиболее нагруженному сечению, т.е. по заделке и тогда ближе к свободному концу у нас будет «излишек» материала, т.к. напряжения там не большие. Таким образом такая конструкция будет перетяжелена.Чтобы этого не было необходимо что бы балка была переменного сечения.В этой балке так же Мизг=Q∙х, изменяющейся по линейному закону по длине балки.От действия Изгибающего момента появятся нормальные напряжения.T=M/W,Где момент сопротивления сечения W=F∙Y -величина не постоянная, а будет увеличиваться от свободного конца к заделке т.к. увеличивается площадь и увеличивается координата Y).Таким образом отношение M/W, т.е. напряжение будет приблизительно одинаковым, т.к. с увеличением момента увеличивается W, т.е. напряжение будет приблизительно одинаковым по всей длине балки, т.е. конструкция будет равнопрочной.4. Конструкция должна быть равноустойчивой3. Принцип специализацииСуть принципа заключается в том, что каждый элемент конструкции должен выполнять строго ему предназначенную функцию. Так например в лонжероне крыла Изгибающий момент воспринимается поясами, а стенка воспринимает поперечную силу Q и часть Мкр.4. Принцип многофункциональностиЕго идея не противоречат принципу специализации, а существенно дополняет его.Суть принципа состоит в следующем:Необходимо стремиться к тому, чтобы один и тот же элемент конструкции выполнял несколько разнородных функций. Это позволяет существенно уменьшить массу конструкции. Так например несущий топливный бак, он воспринимает нагрузки, действующие на корпус, так и нагрузки от топливной системы.Задача. Конструирование проекта «Ведёрко»Техническое задание: 1. Плотность тела (жидкости) – 726 кг/м3; 2. Предполагаемый вес тела – 8,7 кг; 3. Тело будет транспортироваться в состоянии кипения – при 430°С; 4. Тело должно быть доставлено в полном объёме, без потерь; 5. Конструкция должна удовлетворять требованиям прочности и жёсткости. Конец лекции |