Шпаргалка по "Транспорту"

A_k. площадь контакта. В упрощенном расчете полагают, что контактные напряжения равномерно распределены по площади стыка Тогда их значение при внешней сжимающей силе F_n равны: , где D – наружный диаметр контакта, d₀ – внутренний дисметр контакта. Напряжения, вычисленные по этой формуле , называют номинальными.

88 Сопряжения  деталей с неплоскими поверхностями  контакта.

В этом случае размеры площадки контакта заранее не известны, а известен лишь вид начального контакта в ненагруженном состоянии (при F_n = 0). Например,  контакт двух цилиндров происходит по линии, совпадающей с их образующими, а контакт шаров — в точке. Поэтому определение номинальных контактных напряжений затруднено и расчеты выполняют методами теории упругости. В случае, когда площадь контакта остается в процессе нагружения неизменной, зависимость между силой и перемещением (для упругого материала) получается, линейной. В зоне контакта происходит концентрация напряжений и появляются значительные напряжения в некоторых точках. Однако для зон контакта характерно возникновение всесторонних сжимающих напряжений, что позволяет материалу выдерживать без разрушения высокие поверхностные напряжения. Для обеспечения надежной работы контактирующие поверхности должны иметь высокую поверхностную прочность.

90 Основы  проектирования деталей, узлов  и механизмов.

[-------этого нету-------------]

91 Виды изделий.  Требования, к ним. Стадии разработки машин.

Совокупность деталей предназначенных для совместной работы, называют сборочной единицей (узлом). :подшипник, узел опоры, редуктор и т. п. Несмотря на различие машин, детали и узлы в них в основном одинаковые: различные соединения (резьбовые, сварные, и др.),  передачи (зубчатые, винтовые и др.) валы, муфты, и тд. Требования , предъявляемые к изделиям

Работоспособность - одно из важнейших требований критерии: прочностью( сопротивление деталей машин разрушению), жесткостью (способность деталей сопротивляться изменению формы), износостойкостью (способность деталей сопротивляться изнашиванию, т. е. процессу разрушения и отделения материала с поверхности

твердого тела)., вибростойкостью .

СТАДИИ РАЗРАБОТКИ МАШИН

Первая стадия — разработка технического задания (ТЗ)— документа, содержащего наименование, основное назначение, технические требования, показатели качества, экономические показатели и специальные требования заказчика к изделию.

Вторая стадия — разработка технического предложения (ТП)— совокупности  КД, обосновывающих целесообразность разработки изделия на основе предложений в ТЗ, рассмотрения вариантов решений. ТП утверждается заказчиком и генеральным подрядчиком.

Третья стадия — разработка эскизного проекта (ЭП)—совокупности КД, содержащих принципиальные  конструкторские  решения, дающих представление об устройстве изделия, принципе действия, размерах и основных параметрах. Сюда входит пояснительная записка с необходимыми расчетами.

Четвертая стадия — разработка технического проекта — совокупности КД - окончательное решение с полным представлением об устройстве изделия. рассматриваются вопросы надежности узлов, соответствие техники безопасности, условиям хранения и транспортирования и т. д.

Пятая стадия — разработка рабочей документации (РД)— совокупности документов, содержащих чертежи что бы по ним можно было изготовлять изделия и контролировать производство и эксплуатацию. На этой стадии разрабатываются оптимальные конструкции деталей.

92 Модели прочностной надежности.

Оценка прочностной  надежности конструкции начинается с выбора расчетной модели (схемы). Моделью называют совокупность представлений, условий и зависимостей, описывающих объект, явление. При выборе модели учитывают наиболее значимые и отбрасывают несущественные факторы. Для определения прочностной надежности детали используют вспомогательные модели материала, формы, нагружения (сил) и разрушения В расчетах прочностной надежности материал детали представляют однородной сплошной средой. Под однородностью материала понимают независимость его свойств от размеров выделенного объема. В сопротивлении материалов в основном рассматриваются изотропные материалы. Расчетная модель материала наделяется такими физическими свойствами, как упругость, пластичность и ползучесть. Упругость - свойство тела (детали) восстанавливать свою форму после снятия внешней нагрузки. Пластичность - свойство тела сохранять после разгрузки полностью или частично деформацию, полученную при нагружении. Ползучесть - свойство тела увеличивать со временем деформацию при действии внешних сил (например, вытяжка канатов).

93 Модели  формы, материала, модели нагружения, модели разрушения, предельного  состояния. Геометрическая форма элементов конструкций обычно сложна.

На практике для оценки прочностной надежности вводят упрощение  в геометрию детали, приводя ее к схеме стержня (бруса), пластинки, оболочки, массива (пространственного тела).Стержнем, называют тело, поперечные размеры которого малы в сравнении с его длиной Кольцо рассматривают как стержень с криволинейной осью, а пружину — как пространственно изогнутый стержень Пластинка- тело, ограниченное двумя плоскими или слабоизогнутыми поверхностями и имеющее малую толщину. Оболочка — тело,ограниченное двумя поверхностями , имеющее малую толщину по сравнению с радиусом кривизны и длиной. Пространственным телом (массивом) называют модель, размеры которой соизмеримы (например, зуб храпового колеса). Модели нагружения. Силы являются мерой механического взаимодействия элементов конструкций. Если деталь рассматривается изолированно от сопряженных деталей, то действие последних заменяется силами, называемыми внешними. Силы взаимодействия между частями отдельной детали или между деталями в сопряжении называют внутренними. При схематизации условий работы подразделяют их на сосредоточенные, распределенные и объемные (массовые). Сосредоточенной силой называют силу, действующую на небольшую часть поверхности детали. Распределенными называют силы, действующие на участках поверхности, соизмеримых с полной поверхностью детали, например давление жидкости в сосуде По характеру изменения во времени нагрузки подразделяют на статические и переменные. Статической называют нагрузку, которая медленно возрастает от нуля до своего номинального значения и остается постоянной в процессе работы детали

Переменной называют нагрузку, периодически меняющуюся во времени . Она характеризуется: амплитудой силы F_m, средней силой F_m, частотой нагружения f и формой цикла.

Модели разрушения. Моделям разрушения соответствуют -уравнения (условия), связывающие параметры работоспособности элемента конструкции в момент разрушения с параметрами, обеспечивающими прочность. В зависимости от условий нагружения различают модели статического, малоциклового и усталостного (многоциклового) разрушения. 

94 ВНУТРЕННИЕ  СИЛЫ

Внутренние силы представляют собой силы  межатомного взаимодействия , возникающие внутри детали при воздействии на него внешних нагрузок. Для нахождения внутренних сил используют метод сечений. Рассмотрим тело произвольной формы , находящееся в равновесии под действием  внешних сил F1, F2, ..., Fn. Мысленно рассечем это тело на две части плоскостью П и рассмотрим одну из частей, например левую . Так как связи между частями устранены, то действие одной из них на другую следует заменить системой внутренних сил в сечении. В соответствии с основным законом механики действие равно противодействию и противоположно по направлению. Внутренние силы распределены по сечению сложным образом. Однако если привести систему внутренних сил к центру О тяжести сечения, то для рассматриваемой части тела можно определить главный вектор внутренних сил, действующих по сечению.

95 НАПРЯЖЕНИЯ  В ТОЧКЕ

Рассмотрим сечение П тела. На основании принятого ранее допущения о сплошности тела считаем, что внутренние силы непрерывно распределены по всему сечению. В окрестности произвольной точки К выделим элементарную площадку ΔA, а равнодействующую внутренних сил на этой площадке обозначим ΔR, тогда напряжение в точке:

Напряжения  имеют размерность силы, деленной на площадь. В системе СИ напряжения выражаются в Паскалях (Па); В технической литературе напряжения часто задают в мегапаскалях. 

96

 

 

 

 

 

97 Закон  Гука.

Между напряжениями и  малыми деформациями существует линейная зависимость, называемая законом Гука, сформулирован английским ученым Р. Гуком в конце XVI в.: «деформации материала элемента в каждой его точке прямо пропорциональны напряжениям в этой же точке как в процессе нагружения, так и при разгрузке.». Для центрального растяжения (сжатия) эта зависимость имеет вид σ = Eε, где Е — коэффициент пропорциональности, именуемый модулем упругости. По физическому смыслу модуль упругости - напряжение, которое вызывает деформацию. Закон Гука для растянутого (сжатого) стержня можно записать в виде:

ΔL = FL/(EA) = λ₁F, где λ₁ - коэффициент продольной податливости стержня  - показывает удлинение (укорочение) стержня, вызываемое силой F = 1 Н. Произведение ЕА называют жесткостью сечения стержня при растяжении (сжатии). Для стержня переменного (ступенчатого) сечения удлинения определяют по участкам (ступеням) и результаты суммируют алгебраически. При расчете упругих перемещений стержня от нескольких сил часто применяют принцип независимости действия сил: перемещение стержня от действия группы сил может быть получено как сумма перемещений от действия каждой силы в отдельности. 

98 Напряжение  и деформация

Напряжения. Сила N, приложенная в центре тяжести произвольного сечения стержня, является равнодействующей внутренних сил σdA, действующих на бесконечно малые площадки поперечного сечения площадью А: Если предположить, что в пределах действия закона Гука плоские поперечные сечения стержня смещаются при растяжении параллельно начальным положениям, оставаясь плоскими (гипотеза плоских сечений), то нормальные напряжения во всех точках сечения должны быть одинаковыми, т. е. σ = const. Эта гипотеза, высказанная голландским ученым Д. Бернулли, позднее была подтверждена экспериментами. Учитывая эту гипотезу,  получим σ = N / A. Таким образом, нормальное напряжение в поперечном сечении стержня при растяжении равно продольной силе в этом же сечении поделенной на площадь сечения. Деформации. Стержень постоянного сечения площадью А под действием осевых растягивающих сил удлиняется на величину ΔL = L₁ – L₀. где L₁ и L₀ длины стержня в деформированном и недеформированном состоянии. Это приращение длины называется полным или абсолютным удлинением при растяжении. Экспериментально установлено, что чем больше L₀, тем больше ΔL. Поэтому наиболее удобной мерой деформации является относительное удлинение, т. е. удлинение, отнесенное к первоначальной длине стержня 

ε = ΔL/L₀ называемое линейной деформацией. Удлинение стержня в осевом направлении сопровождается уменьшением его поперечных размеров. Следовательно, при растяжении и сжатии возникает не только продольная, но и поперечная деформация стержня.

99 Закон  Гука.. Методы оценки прочностной  надежности элементов конструкции

Закон Гука см. выше.

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ  КОНСТРУКЦИЙ

Прочность, т. е. способность  сопротивляться разрушению, является чрезвычайно важным свойством конструкции. Для создания безопасных и эффективно работающих конструкций инженерами разработаны различные методы оценки прочностной надежности их элементов. Наибольшее распространение получил метод расчета по допускаемому напряжению — наибольшему напряжению, при котором обеспечивается безопасная работа проектируемого элемента конструкции. Условие прочности имеет вид σ_max ≤ [σ], где σ_max – наибольшее напряжение в детали от ожидаемой нагрузки. [σ] допускаемое напряжение, свойственное принятому материалу и типу детали. Назначение допускаемого напряжения является ответственным этапом расчета и проектирования. В инженерных расчетах допускаемые напряжения используют в основном для предварительных расчетов, связанных с приближенным определением основных размеров деталей. Значения допускаемых напряжений приведены в справочниках. Широкое распространение получил также расчет по запасам прочности. Условие прочности в этом случае n = σ_пред/σ_max. где п — коэффициент запаса прочности. При действии статических нагрузок иногда используют запас прочности по несущей способности n = F_разр / F, показывающий отношение нагрузок в момент разрушения  в рабочих условиях. При проектировании стационарных долговременных сооружений коэффициент п назначают равным 2...5, в авиационной технике п = 1,5...2 и т. д. Обычно расчет по запасам прочности используют в качестве проверочного.

100 Механические  свойства конструкционных материалов.

[См. ниже, отдельной теории нет.] 

101 Испытание  материалов при растяжении

В расчетах прочности  стержней при растяжении и сжатии необходимо знать механические свойства материалов. Эти свойства выявляются при испытаниях образцов на растяжение под нагрузкой. График зависимости между растягивающей силой F и удлинением образца ΔL называют диаграммой растяжения.

 

Диаграмму можно условно  разделить на четыре зоны. Первая зона называется зоной упругости, здесь свойства материала на участке ОА подчиняются закону Гука. Вблизи точки А можно отметить точку К, в которой после снятия нагрузки (разгрузки) в образце возникает остаточная деформация. Напряжение в точке К называют пределом упругости. Практически величина предела упругости близка к пределу пропорциональности материалов. Вторая зона KD называется  зоной общей пластичности. Для нее характерно существенное увеличение деформации (длины) образца без заметного увеличения напряжения (нагрузки). В этой зоне для некоторых материалов (например, малоуглеродистой стали) наблюдается почти горизонтальный участок — площадка текучести (отрезок CD диаграммы). Третья зона DB – зона упрочнения; здесь удлинение образца более интенсивное по сравнению с зоной ОК. Если разгрузить образец в любой точке F этой зоны, то при последующем нагружении материал приобретает способность воспринимать без остаточных деформаций большие нагрузки. Явление повышения упругих свойств материала в результате предварительного пластического деформирования носит название наклепа или нагартовки и широко используется в технике. Так, например, цепи и тросы грузоподъемных машин, а иногда болты и пружины подвергают предварительному растяжению силами, превышающими рабочие, для того чтобы избежать остаточных удлинений в дальнейшем. Проволока, полученная волочением, выдерживает большие нагрузки, чем материал, из которого она изготовлена. Наклеп может быть снят термической обработкой — отжигом. Для этого материал нагревают до известной температуры, выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, а затем медленно охлаждают. Четвертую зону ВМ называют з о ной  местной текучести. Здесь удлинение образца происходит с уменьшением силы и сопровождается образованием местного сужения — шейки. При этом среднее напряжение в поперечном сечении шейки возрастает. В точке М наступает разрушение образца. У многих материалов разрушение происходит без заметного образования шейки.

102 Влияние  температуры.

Результаты механических испытаний материалов обычно относятся  к так называемым нормальным условиям, т. е. к температуре 20 °С, при которой производятся испытания в лабораториях, и к сравнительно небольшим скоростям изменения нагрузок Многие детали машин работают в самых различных температурных режимах. Выхлопные клапаны в автомобильных двигателях работают при 500...800 СС, а детали того же самого двигателя, соприкасающиеся с внешней средой, иногда работают при весьма низких температурах. Элементы холодильных установок и резервуары, содержащие сжиженные газы, работают при очень низких температурах. Влияние температуры и фактора времени на механические характеристики материала в общем виде выявить не удается. Поэтому влияние указанных факторов в настоящее время рассматривается применительно к конкретным задачам. Явление снижения пластичности малоуглеродистой стали при повышении температуры называется охрупчиванием. В легированных сталях это явление не наблюдается. При статическом нагружении, начиная с некоторых значений температур, заметно начинает сказываться фактор времени. Изменение деформаций и напряжений, возникающих в нагруженной детали в процессе работы , носит название ползучести. Самопроизвольное изменение напряжений в деталях, работающих в условиях высоких температур, при неизменной деформации называют релаксацией. Она является частным проявлением ползучести.