Виды нагрузок, действующие на детали машин

Классификация деталей и узлов машин. Основные направления в развитии конструкции машин.

Деталь – это часть машины, изготовленная без применения сборочных операций (вал, гайка, шкив, винт и т.д.).

Комплексы совместно работающих деталей, представляющие собой конструктивно – обособленные единицы и обычно объединённые общим назначением, называются узлами или сборочными единицами.

Детали машин делят на следующее части:

1)Группа соединений (неразъёмные: клёпаные, сварочные, паяные; разъёмные: с помощью винтов, шпонок, клиньев и т. п.);

2)Передаточные механизмы (передачи: зацеплением, трением; валы и муфты);

3)Детали, обслуживающие вращательное движение (оси, валы, шейки, пяты, муфты и т.д.);

4)Шарнирно – рычажные и кулачковые механизмы (кривошипы, ползуны, шатуны, коромысла, направляющие, кулиса; кулачки, эксцентрики, ролики.

5)Упругие элементы: пружины или рессоры;

6)Маховики, грузы, бабы, шаботы;

7)Устройства для защиты от загрязнения и для смазывания;

8)Детали и механизмы управления.

Целевая установка курса заключается в том, чтобы исходя из заданной работы деталей и узлов машин дать методы, правила и нормы их проектирования, обеспечивающие выбор наиболее рациональных материалов, форм, размеров, степени точности, качества поверхности, а также технических условий изготовления.

Основные направления в развитии конструкции машин:

1) Замена механизмов с возвратно-поступательным движением, механизмами с равномерным вращательным движением. Примеры замены: паровая и газовая турбины, заменившие при больших мощностях и скоростях поршневые двигатели; центробежные, зубчатые и лопастные насосы, а также турбокомпрессоры, вытесняющие поршневые насосы и компрессоры; станки вращательного движения, заменившие станки ударного действия, и т.д.

2) Применение узловых конструкций:

- разделение машин на части

- агрегатные конструкции

- блочные конструкции

Разделение на узлы «агрегаты – блоки» дает следующие преимущества:

a) При компоновке машины из самостоятельных узлов разработка различных конструкторских вариантов или модификаций, их испытание, а затем и внедрение в производство могут каждый раз ограничиваться одним узлом, не затрагивая остальных – облегчает процесс модернизации машин.

b) Любая конструкция позволяет на базе небольшого числа агрегатов или блоков создавать машины различного типа.

c) Узловая конструкция сокращает цикл сборочных работ, т.к. все узлы можно собирать и испытывать одновременно и готовыми подавать на общий монтаж.

d) Узловая конструкция облегчает ремонт машин, который может быть сведен к замене одних узлов другими – новыми или отремонтированными.

3) Применение различных типов приводов.

4) Снижение веса машин при улучшении их качества. Это важно в 2-х направлениях:

a) Вес машины вместе с коэффициентом использования металла определяет вес металла пошедшего на изготовление машины;

b) Вес транспортных машин определяет транспортные расходы.

Нагрузки на детали машин и напряжения в них, как известно, могут быть постоянными и переменными по времени.

Нагрузки на детали машин делятся на:

· номинальные

· расчетные

Расчетная нагрузка Р _расч определяется произведением номинальной нагрузки и коэффициента нагрузки К:

К - учитывает динамичность нагрузки и некоторые другие факторы.

По характеру действия нагрузки делят на:

1. статические – длительно действующие на деталь, но постоянно и медленно изменяющиеся в период снятия и приложения нагрузки.

2. повторные или переменные установившегося и неустановившегося режимов.

3. нагрузки малой продолжительности или ударные с коротким циклом изменения напряжения.

Детали, подверженные постоянным напряжениям в чистом виде, в машинах почти не встречаются. Постоянная, неподвижная в пространстве нагрузка вызывает во вращающихся деталях (валах, осях, зубьях зубчатых колёс) переменные напряжения. Однако некоторые детали работают с мало изменяющимися напряжениями, которые при расчёте можно принимать за постоянные. К таким деталям могут быть отнесены детали с большими нагрузками от силы тяжести (в транспортных и подъёмно – транспортных машинах), детали с большой начальной затяжкой (заклёпки, часть крепёжных винтов и пружин) и детали с малым общим числом плавных нагружений.

Переменные напряжения, прежде всего, характеризуются циклом изменения напряжений (отнулевым, знакопеременным симметричным и ассиметричным знакопостоянным или знакопеременным циклами).

Нагрузки могут изменяться плавно или прикладываться внезапно (удары). Существенные ударные нагрузки действуют в машинах ударного действия и в транспортных машинах. Удары также бывают связаны с работой механизмов (переключением зубчатых колёс и кулачковых муфт на ходу, использованием упоров и т.д.), с погрешностями изготовления и увеличенными зазорами в сопряжениях. Очень опасны удары при авариях. Основная характеристика сопротивления удару – ударная вязкость.

Статическим нагрузкам соответствуют статические напряжения, неизменяющиеся в течение длительного времени ни по величине, ни по направлению: заклепки, часть крепежных винтов и пружин, элементы котлов и резервуаров.

Переменным нагрузкам соответствуют переменные напряжения, которые характеризуются циклом изменения напряжения.

В деталях машин возникают следующие циклы:

1) Пульсационный или отнулевой цикл, при котором напряжения изменяются от 0 до max и обратно до нуля (зубья зубчатых колес, работающих в одну сторону, штоки, толкатели и шатуны тихоходных машин, малонагруженные при обратном ходе).

Вычислим некоторые параметры этого цикла:

· среднее напряжение цикла:

· амплитуда:

· коэффициент симметрии:

Растяжение – со знаком «+», сжатие – с «–», кручение – «+» или «–» выбирается условно в зависимости от выбранного напряжения.

2) Знакопеременный симметричный цикл, при котором напряжения изменяются от отрицательного до такого же по абсолютной величине положительного значения (значение изгиба при вращающихся валах).

Симметричный цикл:

Параметры:

· среднее напряжение

· амплитуда

· коэффициент симметрии

σ_-1; τ_-1 – пределы выносливости при симметричном цикле.

3) Знакопостоянный (винты и пружины) или знакопеременный (большинство деталей); ассиметричные циклы – наиболее общее понятие.

Ассиметричные циклы – частные случаи динамических переменных нагрузок. При расчетах ударные нагрузки приводятся к статическим через коэффициент динамичности.

Дата добавления: 2014-01-06