Реферат на тему:

НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ МАШИН

ПЛАН

1. Загальні відомості про навантаження

2. Розподіл навантаження в часі та типові режими навантаження елементів
машин

3. Шляхи зменшення навантаження елементів машин

4. Основні механічні характеристики матеріалів

Список використаної літератури

1. Загальні відомості про навантаження

Навантаження, які діють на окремі елементи машини, поділяють на корисні
та власні (шкідливі).

Корисні навантаження сприяють реалізації машиною виробничого процесу.
Власні навантаження неминуче супроводжують роботу машини і в основному
складаються із власної ваги окремих ланок, динамічних сил, сил тертя в
з’єднаннях і місцевих сил, спричинених концентрацією навантаження на
поверхні контакту деталей. Природно, що не всі сили власної ваги і
динамічні сили шкідливі. В машинах ударної (молотах) і вібраційної дії
динамічні навантаження використовують для здійснення корисного робочого
процесу. Власна вага може також виконувати позитивну роль (наприклад,
противага в підйомно–транспортних машинах) або здійснювати робочі
функції (у гиревих приладах часу).

За характером зміни в часі навантаження в машинах поділяють на постійні
і змінні.

Постійні навантаження – це в більшості випадків сили тиску рідини або
газу, навантаження від початкового попереднього напруження деталей при
їх з’єднанні в процесі складання, а також власна вага. До цих же
навантажень належать і постійні протягом значного періоду або циклу
роботи навантаження, характерні для робочого режиму експлуатації машини.
Власна вага має основне значення в транспортних і підйомно–транспортних
машинах, в установках для буріння глибоких свердловин та інших машинах.
Такі навантаження суттєві для опор важких зрівноважених роторів.

Змінні навантаження можуть бути спричинені нерівномірністю робочого
процесу в машинах–двигунах (наприклад, у двигунах внутрішнього
згоряння); внутрішньою динамікою роботи (запуск у роботу, гальмування,
реверсування, незрівноваженість, неточність виготовлення); зміною
робочого процесу машини через збільшення чи зменшення сил корисного
опору та ін.

Змінні навантаження можуть бути стаціонарними або нестаціонарними.
Нестаціонарні – це навантаження із змінними параметрами (амплітудою і
частотою). Значна кількість машин працює в умовах нестаціонарного
навантаження їхніх елементів.

Розглянемо навантаження, які діють у широко розповсюджених машинах –
автомобілях і металообробних верстатах.

Зміна навантаження деталей автомобіля може бути спричинена завантаженням
кузова (часткова чи повна), поздовжнім профілем дороги (піднімання,
опускання чи горизонтальні ділянки), видом та якістю покриття дороги,
режимом руху автомобіля (гальмування, зупинка чи процес набирання
швидкості) та ін.

Універсальні металообробні верстати, які становлять значну більшість
парку верстатів, можуть працювати так: на обдиранні чи на кінцевих
фінішних операціях; в умовах індивідуального чи серійного виробництва;
обробляти великогабаритні чи дрібні деталі з різних матеріалів. При
цьому характерними є часті запуски чи зупинки двигуна, використання
різних інструментів, зміна різальних властивостей інструментів тощо.
Обертові моменти на шпинделі таких верстатів можуть змінюватись у сотні
разів.

На практиці машини з постійним навантаженням зустрічаються рідко. До них
належать машини з постійним робочим режимом роботи (наприклад, насосні
станції) або машини, в яких рідко змінюється робоче навантаження до 20 %
від номінального.

2. Розподіл навантаження в часі та типові режими навантаження елементів
машин

Навантаження елементів машини може бути постійним у часі або
змінюватись у широких межах протягом усього періоду експлуатації машини.
Покажемо можливий характер зміни навантаження у вигляді графіків,
побудованих у системі координат навантаження F (або обертовий момент Т)
– час t.

На рис. 2.1, а зображений графік постійного навантаження. В момент пуску
машини навантаження F спочатку швидко зростає, а потім практично
залишається постійним протягом значного часу, набуваючи номінального
значення FНОМ , яке є вихідним для виконання розрахунків на міцність.

Для багатьох машин характерним є змінне навантаження протягом усього
періоду експлуатації (рис. 2.1, б).

Щоб оцінити інтенсивність такого складного режиму навантаження і зробити
кількісне порівняння різних режимів навантаження елементів машини, треба
поділити весь строк служби h на окремі періоди роботи, або цикли hi,
протягом яких навантаження F наближено зберігається постійним. Якщо
впорядкувати всі цикли роботи машини за зменшенням навантаження, то
можна здобути циклограму навантаження елементів машини протягом заданого
періоду її експлуатації (рис.2.2 а). Тривалість циклу роботи машини з
однаковими навантаженнями можна гранично зменшити, що дозволить
характеризувати режим навантаження більш точно. У цьому разі матимемо не
ступеневий, а плавний характер циклограми навантаження, до того ж її
можна побудувати в системі координат навантаження F– число циклів nц
появи навантаження даного рівня (рис. 2.2, б). Навантаження різних
рівнів відбувається за сумарне число циклів n? роботи машини. За
циклограмою на рис 2.2, б можна стверджувати, що навантаження рівня Fі
з’являється пці разів протягом усього періоду експлуатації машини.

На практиці можна використовувати циклограми навантаження, що побудовані
в системі координат відносних величин Fі/F (Ті/Т) і пці/n? Такі
циклограми показані на рис.2.2,в. Вони побудовані для різних режимів
навантаження елементів машини і дозволяють характеризувати відносну
інтенсивність цих режимів. Так, режим за графіком 1 є більш інтенсивним,
ніж режим навантаження за графіком 2, бо для режиму 1 переважають
навантаження більш високого рівня.

Побудова циклограми навантаження елементів конкретної машини – дуже
складний і трудомісткий процес. Для цього треба зареєструвати
неперервний характер зміни навантаження протягом значного періоду
експлуатації машини. Така реєстрація виконується спеціальною апаратурою
із записом навантаження на магнітну стрічку або за осцилограмами.
Подальша статистична обробка зареєстрованих навантажень дозволяє
побудувати циклограму навантаження конкретної деталі.

У нашій країні і за кордоном стосовно технологічних і транспортних
машин, таких як металообробні верстати, автомобілі, трактори, гірничі і
підйомно–транспортні машини, екскаватори, сільськогосподарська техніка
та ін., проведене вивчення навантажень у функції часу і накопичена деяка
узагальнена інформація про діючі навантаження. Це дало можливість
дістати типові режими навантаження машин за відомими із курсу теорії
ймовірностей законами розподілу випадкових величин.

На рис. 2.3 наведені графіки типових режимів навантаження машин, що
побудовані в системі відносних координат Fі/F і пці/n?. Тут взято такі
позначення: П – постійний режим навантаження; В – важкий режим; СР –
середній рівноймовірний режим; СН – середній нормальний режим, Л –
легкий режим навантаження.

Рис. 2.3. Графіки типових режимів навантаження елементів машин

Для важкого режиму характерний високий рівень навантаження протягом
значного періоду експлуатації машини, а для легкого режиму – низький
рівень навантаження протягом цього ж періоду.

Гірничі машини здебільшого експлуатуються при важкому режимі
навантаження, а транспортні – при середньому рівноймовірному або
середньому нормальному. Для металообробних верстатів характерним є
легкий режим навантаження. Різні види підйомно–транспортного обладнання
можуть працювати на режимах навантаження від легкого до важкого.

Постійний режим є найнапруженішим, бо машина протягом практично всього
періоду її експлуатації знаходиться під дією постійного номінального
навантаження. За постійний режим навантаження можна брати такий режим,
за яким навантаження елементів змінюється у межах до 20 % від
номінального Fном. На практиці постійний режим навантаження
зустрічається значно рідше, ніж інші.

При побудові графіків типових режимів навантаження F є максимальним,
довгочасно діючим. Довгочасно діючими навантаженнями називають такі
наванта–ження із їхнього загального спектра, сумарне число появи яких nц
? 5?104. Максимальні навантаження Fmах. для яких число появи за час
експлуатації машини пц < 5?104, вважають короткочасно діючими і при розрахунку деталей на втому до уваги не беруть. За цими навантаженнями виконують розрахунки деталей на статичну міцність. Відповідність режиму навантаження тієї чи іншої машини або деталі одному з типових режимів на рис.2.3 встановлюється за подібністю форми графіків і за середнім значенням навантаження. За розрахунковий треба брати типовий режим, який найбільш близький до фактичного в області навантажень високого рівня. 3. Шляхи зменшення навантаження елементів машин Для зменшення навантажень, що діють у машинах на окремі деталі, можна рекомендувати деякі заходи. Навантаження, що спричинені власною вагою, можуть бути суттєво зменшені раціональним вибором матеріалів. Наприклад, для слабонавантажених деталей замість сталей та чавуну можна використовувати легкі сплави або пластмаси. Масу відповідальних та сильнонавантажених деталей можна зменшити вибором міцніших матеріалів, які забезпечують менші розміри деталей. Навантаження, що виникають від початкового попереднього напружування деталей при складанні їх, можна обмежити за допомогою активного контролю цих навантажень. Наприклад, затяжку болтового з'єднання треба здійснювати ключем граничного моменту, а напресовування деталей – контрольованим зусиллям. Навантаження, що виникають від зміни температурних умов експлуатації машини, можна зменшити деякими конструктивними заходами. Значної уваги слід надавати зменшенню динамічних навантажень, що можна досягти зниженням рівня чи запобіганням появи зовнішніх та внутрішніх збурюючих факторів, вдосконаленням схеми машини в динамічному відношенні, використанням спеціальних пружних демпферів та гасіїв коливань, запобіжних пристроїв. Збурюючі фактори можна зменшити перш за все використанням двигунів із постійним робочим процесом (електродвигуни, турбіни) або забезпеченням неперервних та рівномірних робочих процесів машин. У машинобудуванні має місце закономірна тенденція переходу на машини неперервної дії: поршневі насоси замінюють відцентровими, стругальні верстати – фрезерними, замість ковшових екскаваторів застосовують роторні та ін. Динамічні навантаження в машинах можна зменшити використанням пружних, фрикційних та запобіжник муфт, підвищенням точності виготовлення деталей, динамічним балансуванням обертових елементів. 4. Основні механічні характеристики матеріалів Основні механічні характеристики машинобудівних матеріалів потрібні конструктору для виконання розрахунків роботоздатності деталей машин, а деякі з них використовують для призначення технології виготовлення деталей. Механічні характеристики матеріалів визначають лабораторними випробуван–нями зразків матеріалів і наводять у відповідній довідковій літературі. До основних механічних характеристик матеріалів належать такі: границя міцності ?в, МПа – напруження в зразку матеріалу при найбільшому розтягальному навантаженні, якому передує руйнування зразка; границя текучості ?т, МПа – найбільше напруження, при якому зразок деформується без значного збільшення розтягального навантаження; границя витривалості ?R, МПа – найбільше напруження, при якому зразок витримує без руйнування задану кількість циклів зміни напруження, що вибирають за базу випробувань; відносне видовження ?, % – відношення приросту розрахункової довжини зразка після розриву до його початкової розрахункової довжини; модуль пружності для розтягу Е, МПа, або зсуву G, МПа – відношення напруження до відповідної йому відносної деформації зразка в границях справедливості закону Гука; коефіцієнт Пуассона ? – відношення відносної поперечної деформації зразка до відносної його поздовжньої деформації (за абсолютним значенням); твердість (НВ – за Брінеллем; HRA, HRB, HRC – за Роквеллом; HV – за Віккерсом) – умовна величина, виміряна відповідними приладами (твердомірами), яка характеризує опір заглиблювання в поверхню матеріалу стандартного індентора (сталевої кульки, вершин алмазних конуса чи піраміди). Границя міцності не може бути універсальним показником для вибору матеріалу тієї чи іншої деталі. У практиці конструювання машин слід враховувати весь комплекс умов, в яких повинні працювати окремі деталі, а також найдоцільнішу технологію виготовлення їх. Узагальнену інформацію про придатність матеріалу для тієї чи іншої деталі можуть дати перелічені вище механічні характеристики, а також деякі інші, такі як коефіцієнт тертя, теплопровідність, коефіцієнт лінійного розширення. Твердість матеріалу – дуже важливий показник, оскільки багато механічних характеристик можуть бути обчислені через твердість, а визначення твердості не вимагає руйнування виробу і може бути легко виконане за допомогою стандартних приладів. Переведення одиниць твердості, добутих на відповідних приладах, можна здійснити за допомогою графіків (рис. 3.2). Між механічними характеристиками машинобудівних матеріалів експериментально встановлено деякий взаємозв'язок. Наприклад, знаючи границю міцності матеріалу ?в, можна наближено оцінити границю витривалості ?R цього матеріалу. Залежності для наближеного визначення границь витривалості деяких конструкційних матеріалів наведені в таблицях. Список використаної літератури Смірнов С.А. Деталі машин. Курс лекцій. – К., 2009.

Похожие записи