Коефіцієнти запасу міцності. Допустимі напруги.
Конструкційні матеріали можна розділити на три основні групи: пластичні, хрупкопластічние і тендітні.
Ця класифікація відноситься до властивостей матеріалів при одноосьовому розтягуванні (стисканні) в нормальних умовах (мала швидкість навантаження, кімнатна температура і т. П.). Зміна характеру навантаження і умов роботи істотно впливає на властивості матеріалів: зокрема, матеріал, пластичний при нормальній температурі, стає крихким при низькій температурі. Таким чином, правильніше говорити не про пластичному і крихкому матеріалі, а про пластичному і крихкому станах матеріалу. Але тим не менш зазвичай користуються наведеної класифікації, пам'ятаючи, при яких обмеженнях вона справедлива. Механічні випробування матеріалів дозволяють визначити ті напруги, при яких зразок з даного матеріалу руйнується або в ньому виникають помітні пластичні деформації. Ці напруги називають граничними (або небезпечними).
Як граничних напружень для зазначених трьох груп матеріалів при статичному навантаженні приймають такі механічні характеристики:
для пластичних матеріалів (руйнування їх передує виникнення великих пластичних деформацій) - фізичний. або умовний межа плинності, практично однаковий при розтягуванні і стисненні;
для хрупкопластічних матеріалів (руйнування їх відбувається при порівняно невеликих пластичних деформаціях) - умовна границя плинності, значення якого при розтягуванні і стисненні по-різному: <,
для тендітних матеріалів (руйнування їх відбувається при дуже малих пластичних деформаціях) - межа міцності, значення якого при розтягуванні і стисненні різному. <
Повертаючись до питання про зміни механічних властивостей стали при наклеп, уточнимо, в якому сенсі слід розуміти, що наклеп призводить до зміцнення матеріалу, хоча межа міцності практично залишається незмінним. Якщо діаграма розтягування даної стали має (до наклепу) майданчик плинності, то діаграма розтягування цієї ж стали, але підданої наклепу, майданчики плинності мати не буде. Отже, до наклепу роль граничного напруження грав фізичний межа плинності. а після наклепу - умовний межа плинності про
; при цьому> т. е. наклеп призвів до підвищення граничного напруження - зміцнення. Якщо діаграма розтягування взагалі не має площадки плинності, то вплив наклепу позначиться в підвищенні умовної межі текучості. Це добре видно на рис. 2.39.
Для забезпечення міцності елементів конструкцій необхідно так вибрати їх розміри і матеріал, щоб виникаючі в них при експлуатаційних навантаженнях напруги були менше граничних. Звичайно, якщо найбільші робочі напруги в деталі близькі до граничних (хоча і менше їх), міцність деталі гарантувати не можна, так як діючі навантаження, а, отже, і напруги практично ніколи не можуть бути встановлені абсолютно точно; в ряді випадків розрахункові напруги взагалі можуть бути визначені лише приблизно, нарешті, можливі відхилення дійсних механічних характеристик застосовуваного матеріалу від прийнятих при розрахунку.
Ставлення 'граничного напруження про максимальному розрахунковому напрузі а, виникає в елементі конструкції при експлуатаційному навантаженні, позначають буквою і називаюткоеффіціентом запасу міцності (або, як іноді кажуть, коефіцієнт запасу):
Міцність елемента конструкції вважають забезпеченою, якщо його розрахунковий коефіцієнт запасу міцності не нижче необхідного, т. Е.
і> [і]. Це нерівність називають умовою міцності.
Використовуючи вираз (2.24), перепишемо умова міцності у вигляді
Звідси можна отримати і таку форму запису умови міцності:
У разі якщо граничні, а отже, і допустимі напруження при розтягуванні і стисненні різні, їх позначають відповідно [о,] і [о,].
Користуючись поняттям «допустиме напруження», можна сказати, що міцність конструкції забезпечена, якщо виникає в ній найбільше напруга не перевищує допустимої, т. Е.
Це нерівність [так само як і нерівності (2.25) і (2.26)] називають умовою міцності.
У деяких випадках доцільно розмежовувати поняття і позначення розрахункового і необхідного коефіцієнтів запасу по відношенню до межі плинності і по відношенню до межі міцності. Перші позначають відповідно л, і [і,], другі - п "і [л" "]. Ці позначення використані в табл. 2.3, де приведена розшифровка формули (2.27) стосовно зазначених на початку параграфа трьома групами матеріалів. Там же дані орієнтовні значення величин [] і [].
Навіть при мінімальних значеннях [і] забезпечено роботу матеріалу в межах пружності, т. Е.
Значення приймається при розрахунку допустимої напруги в значній мірі визначає надійність і економічність конструкції. Чим нижче напруга, що допускається, т. Е. Що стоїть заданий коефіцієнт запасу, тим, отже, обережніше зроблено розрахунок, тим вище надійність конструкції, але витрата матеріалу великий і конструкція неекономічна. Підвищення допустимої напруги дозволяє створити більш легку і економічну конструкцію, але якщо це підвищення вироблено недостатньо обґрунтовано, то конструкція буде ненадійною.
У тих випадках, коли значення коефіцієнта запасу міцності (допустимої напруги) не обумовлено обов'язковими нормами, конструктор (розраховувач), вибираючи значення [і], повинен враховувати цілий ряд факторів, пов'язаних як із існуючими методами розрахунку, так і з матеріалом розраховується деталі і умовами її експлуатації. Основні фактори, що впливають на вибір необхідного коефіцієнта запасу міцності, такі:
а) точність визначення діючих навантажень і застосовуваних методів розрахунку;
б) ступінь однорідності застосовуваного матеріалу, його чутливість до недоліків механічної обробки і вивченість властивостей;
в) відповідальність деталі.
В даний час прийнято представляти коефіцієнт запасу у вигляді твору декількох приватних коефіцієнтів запасу, кожен з яких відображає вплив на надійність розрахунку будь-якого певного фактора або групи чинників. Такий поділ загального коефіцієнта запасу дозволяє більш точно врахувати різноманіття властивостей матеріалів і конкретних умов роботи конструкцій і проектувати їх більш економічними без зниження надійності. Зазначені вище три групи факторів відображені трьома приватними коефіцієнтами запасу:
Подання про значення допустимих напружень, що приймаються при розрахунках елементів машинобудівних конструкцій на дію статичних навантажень, дає табл. 2.4.
1. Граничні (або небезпечні) напруги, при досягненні яких з'являються ознаки безпосереднього руйнування або виникають пластичні деформації.
Ці напруги залежать від властивостей матеріалів і виду деформація, наприклад для сірого чавуну максимальне напруження (межа плинності) при стисненні. приблизно в чотири рази вище граничної напруги при розтягуванні.
2. Допустимі напруги - найбільші напруги, які можна допустити в розраховується конструкції з умов її безпечної, надійної і довговічною роботи.
Ці напруги залежать від властивостей матеріалу, виду деформації і необхідного (прийнятого або заданого) коефіцієнта запасу міцності.
3. Розрахункові напруги, які виникають в елементі конструкції під дією прикладених до нього навантажень.
Ці напруги залежать від діючих на елемент конструкції навантажень і його розмірів.
Питання 4-12 Той документ, що Роман Володимирович скинув, не відкривається.
Тема 13. Підшипники кочення
Підшипник - це технічний пристрій, що є частиною опори, що підтримує вал, вісь або іншу конструкцію, фіксує положення в просторі, забезпечує обертання, хитання або лінійне переміщення (для лінійних підшипників) з найменшим опором, сприймає і передає навантаження на інші частини конструкції.
Опора з наполегливим підшипником називається підп'ятником.
Основними деталями підшипників кочення є (рис. 1): тіла кочення (кульки або ролики), кільця з доріжками кочення і сепаратор, який розділяє тіла кочення. У деяких конструкціях підшипників сепаратор, одне або обидва кільця можуть бути відсутні.
Основні переваги підшипників кочення в порівнянні з підшипниками ковзання:
• менші моменти тертя під час пусків і зупинок,
• менші габаритні розміри в осьовому напрямку,
• низька ціна при масовому виробництві,
• менші витрати мастильних матеріалів.
До недоліків відносять:
• великі габаритні розміри в радіальному напрямку,
• змінну радіальну жорсткість і підвищений рівень шуму,
• меншу здатність демпфіровать коливання і сприймати ударні навантаження,
• високу вартість при дрібносерійному виробництві.
1. За формою тіл кочення підшипники поділяють на кулькові і роликові. Шарик (рис. 2) (1) має точковий контакт з кільцями, наслідком чого є великі контактні напруги.
Ролики циліндричні (2, 3, 4) мають лінійний контакт з кільцями, що збільшує здатність навантаження підшипника при деякому збільшенні втрат на тертя. Зі збільшенням довжини ролика здатність навантаження зростає.
Ролик кручений (5) являє собою жорстку пружину, навиту з дроту прямокутного перетину. Призначений для роботи в тихохідних високонавантажених вузлах при динамічному навантаженні.
Ролик конічний (6) призначений для роботи в високонавантажених вузлах при комбінованому сприйнятті радіальної і осьової навантажень.
Бочкоподібні ролики (7, 8) застосовуються замість циліндричних і конічних відповідно в умовах несоосности внутрішнього і зовнішнього кілець підшипника.
2. У напрямку сприйманого навантаження підшипники ділять таким чином:
· # 61472; радіальні, які сприймають тільки радіальну або переважно радіальне навантаження;
· Радіально-наполегливі, призначені для сприйняття комбінованої навантаження (радіальної і осьової);
· Упорно-радіальні, які сприймають осьову або переважно осьову навантаження;
· З чотирьохточковими контактом - сприймають осьові навантаження в обох напрямках або комбіновану радіальне навантаження при одночасній дії осьової;
· Наполегливі, призначені для сприйняття тільки осьового навантаження.
3. За кількістю рядів тіл кочення підшипники ділять на однорядні, дворядні і багаторядні.
4. За основним конструктивною ознакою розрізняють підшипники на самоустановлювальні (сферичні), які допускають роботу з взаємним перекосом кілець до 4 °, і несамоустанавлівающіеся (допустимий взаємний перекіс кілець від 1 до 8 ').
5. За співвідношенням габаритних розмірів підшипники поділяють на серії. При одному і тому ж посадковому діаметрі на вал підшипники одного типу можуть мати різні зовнішні діаметри і ширину, тобто різні серії по діаметру і ширині. Зі збільшенням габаритних розмірів зростає здатність навантаження підшипника, але знижується гранична частота обертання.
6. Для підшипників кочення встановлені наступні класи точності і їх позначення:
· Нормальний клас точності -7. 8, 0;
7. За спеціальним технічним вимогам випускають підшипники теплостійкі, високошвидкісні, малошумні, корозійно-стійкі, немагнітні, самозмазуючі і ін.
8. За рівнем вібрації розрізняють підшипники з нормальним, зниженим і низьким рівнем вібрації.
Для запобігання внутрішніх елементів підшипників від бруду можуть застосовуватися вбудовані ущільнення.
У багатьох розрахунках часто використовується такий термін як середній діаметр, який виявляєте середньоарифметичним значенням між зовнішнім діаметром підшипника і діаметром отвору внутрішнього кільця.