Меню

Как определяются допускаемые напряжения для пластичных материалов для хрупких материалов

Определение допускаемых напряжений для деталей, изготовленных из пластических, малопластичных и хрупких материалов при действии статической нагрузки

Для пластичных материалов (удлинение при разрыве не менее 15% — низколегированные, низкоуглеродистые стали) в качестве предельного напряжения принимают предел текучести: = ; .

Для малопластичных и хрупких материалов в качестве предельного напряжения принимают предел прочности при действии статической нагрузки: = ; .

Для деталей из пластичных материалов при действии статической нагрузки допускаемые напряжения определяются по формулам:

— при растяжении, сжатии;

— при кручении, где:

εs – масштабный фактор – отношение предела текучести деталеи к пределу текучести лабораторного образца; εs‹ 1;

[n] – допускаемый запас прочности.

Для деталей из малопластичных и хрупких материалов при действии статической нагрузки допускаемые напряжения определяются:

εв — масштабный фактор – отношение предела прочности детали к пределу прочности лабораторного образца;

КS – коэффициент концентрации напряжений – отношение предела прочности образца с концентрацией напряжений к пределу прочности образца без концентрации напряжений и теми же значениями сечений, что и у первого; εв› 1.

5. Основные критерии работоспособности и расчёта деталей машин.

Работоспособность определяется по нескольким критериям:

Значение того или иного критерия для данной детали зависит от её функционального назначения и условий работы. При конструировании деталей их работоспособность обеспечивают в основном выбором соответствующего материала, рациональной конструктивной формой и расчётом размеров по одному или нескольким критериям.

Прочность —главный критерий работоспособности большинства деталей. Различают разрушение деталей вследствие потери статической прочности или сопротивления усталости. Потеря статической прочности происходит тогда, когда значение рабочих напряжений превышает предел статической прочности (например, σв). Потеря сопротивления усталости происходит в результате длительного действия переменных напряжений, превышающих предел выносливости материала ( например, σ-1).

Задача обеспечения необходимой прочностью состоит в том, чтобы определить размеры и формы деталей, исключающая возможность возникновения недопустимо большой остаточной деформации, преждевременных поломок и поверхностных разрушений.

Прочность оценивается сравнением расчетных напряжений с допускаемыми:

Жёсткость характеризуется изменением размеров и форм детали под нагрузкой. Расчёт на жёсткость предусматривает ограничение упругих перемещений детали в пределах, допустимых для конкретных условий работы: условия работы сопряжённых деталей (например, качество зацепления зубчатых колёс и условия работы подшипников ухудшаются при больших прогибах валов); технологические условия. Нормы жёсткости деталей устанавливают на основе практики эксплуатации и расчётов.

Требования к жесткости деталей машин определяются:

Ø Условиями прочности деталей (в случае опасности неустойчивого равновесия или при ударных нагрузках). Устойчивость – критерий, определяющий размер:

a) Длинных и тонких деталей, работающих на сжатие.

b) Тонких пластин, подверженных сжатию в плоскости пластин.

c) Оболочек, подверженных внешнему давлению.

d) Полок тонкостенных валов.

Ø Условиями работоспособности деталей совместно с сопряженными деталями.

Ø Технологическими условиями.

Для машин массового производства диаметр валов определяется технологическими условиями.

Ø Условиями удовлетворительной работы машины в целом.

Относится к машинам-орудиям. Толщина деталей должна быть идеальной – критерий размеров.

Жесткость деталей машин определяется собственной жесткостью и контактной.

Контактная жесткость – деформация в зоне контакта.

Контакт может быть в условиях:

1) Начального касания точки или по линии (сжатие шаров или цилиндров);

2) Повышения номинальной площади касания.

В обоих случаях деформация происходит с малой фактической площадью касания.

Фактическая площадь касания составляет ничтожную часть от номинальной площади касания.

Контактные деформации в этих случаях определяются с помощью экспериментальных установочных коэффициентов контактной подачи.

Читайте также:  Чем можно провести испытания повышенным напряжением

Износ – процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения.

Износ ограничивает долговечность деталей по следующим критериям:

ü По потерям точности (приборы, измерительный инструмент, прецизионные станки – очень точные)

ü По снижению КПД, увеличению утечек (цилиндр и поршень двигателя внутреннего сгорания)

ü По уменьшению прочности из-за снижения сечений, изменения состояния поверхности, неравномерного износа опор (вагоны, червячные колеса)

ü По увеличению шума (передача транспортных машин)

ü По полному истиранию (деталь не пригодна к работе).

Виды изнашивания в машинах делят на 3 группы:

1) Механическое (абразивные) – из-за царапания деталей друг другом;

2) Молекулярно-механическое (при схватывании или заедании) – для всех червячных, зубчатых передач и др.;

3) Коррозионно-механическое (продукты коррозии стираются механическим путем).

Интенсивность изнашивания, а следовательно, и срок службы детали зависят от давления, скорости скольжения, коэффициента трения и износостойкости материала.

При сравнительном анализе конструкции для оценки долговечности по износу, а также для распространения результатов эксперимента и опыта эксплуатации на др. условия, принимают расчет в сравнительной форме:

, где Р – давление, S – путь трения, m = 1…3.

Для уменьшения изнашивания широко используют смазку трущихся поверхностей и защиту от загрязнения, применяют антифрикционные материалы, специальные виды ХТО поверхностей и т.д. Изнашивание выводит из строя большое число деталей машин. Оно значительно увеличивает стоимость эксплуатации, вызывая необходимость проведения периодических ремонтных работ. Износостойкость деталей машин существенно уменьшается при наличии коррозии.

Теплостойкость.

Работа машин сопровождается тепловыделением, вызываемая рабочим процессом и трением в механизмах.

В результате тепловыделения могут возникнуть вредные для работы машин явления:

a) Понижение несущей способности деталей, наблюдаемое для остальных деталей при температуре свыше 300 – 400 0 С, для деталей из легких пластмасс – свыше 150 – 200 0 С. Это связано с понижением прочностных характеристик материалов: σв, σт, σn, σn-1; с охрупчиванием; с ползучестью.

В деталях с заданными постоянными деформациями (затянутые крепежные винты, детали на прессовых посадках) наблюдается самопроизвольное постепенное падение напряжения натяга – релаксация напряжения.

b) Понижение защитной способности масляного слоя, разделяющего трущиеся поверхности.

c) Изменение зазоров подвижных соединений из-за обратимой температурной деформации.

d) Изменение свойств трущихся поверхностей (понижение коэффициента трения в тормозах).

e) Понижение точности машин вследствие обратимой температурной деформации.

Чтобы не допустить вредных последствий перегрева на работу машины, выполняют тепловые расчёты и, если необходимо, вносят соответствующие конструктивные изменения (например, искусственное охлаждение

На точность работы машин влияют:

1) Температурные деформации, вызываемые равномерным нагревом;

2) Температурные деформации, вызываемые неравномерным нагревом.

Виброустойчивость.Вибрации вызываютдополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разрушению деталей. В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибраций возрастает, поэтому расчёты на колебания приобретают всё большее значение.

Под виброустойчивостью понимают способность конструкции работать в нужном диапазоне режимов без недопустимых колебаний.

В настоящее время применяют:

1) Расчеты частот собственных колебаний, используемые для предотвращения резонанса колебаний, иногда для установления причин колебаний работающих машин.

2) Расчеты амплитуд и устойчивости колебаний.

Эти расчеты производят при автоколебаниях, при вынужденных колебаниях. Они требуют определения энергии.

Автоколебания – источники шума. Шум может быть критерием качества изготовления машин.

Меры борьбы с шумом:

· Повышение точности и чистоты обработки;

· Понижение сил удара конструктивными методами;

· Применение материала с повышенным внутренним трением, применение специальных покрытий и демпферов.

Читайте также:  Какое напряжение блока питания при работе пк

Надёжность – это вероятность безотказной работы в течение заданного срока службы без поломок и внеплановых ремонтов.

Под заданным сроком службы понимают время одного планового ремонта или между плановыми ремонтами. Надежность может определяться для машины в целом, агрегатов, узлов и деталей. Расчет надежности базируется на статистических данных, которые получают испытаниями и наблюдением при эксплуатации. При оценке надежности могут быть выбраны различные показатели:

· Число отказов в работе,

· Срок службы в часах,

· Число километров пробегов и т.д.

Например, имеется 1000 переключателей

1) — коэффициент надежности

Коэффициент надежности сложной детали равен сумме коэффициентов надежности отдельных элементов:

Из формулы следует, что надежность сложного изделия всегда меньше надежности самого ненадежного элемента, поэтому желательно, чтобы машина содержала равнонадежные элементы. Чем больше элементов имеет машина, тем меньше ее надежность, например,

График изменения интенсивности отказов:

λ – интенсивность отказов в единицу времени,

I – период выработки,

II – период нормальной эксплуатации машины.

Число отказов имеет примерно постоянное значение.

Отказы обусловлены постоянными перегрузками и деформациями производства, которые не проявились в процессе производства.

III – период критического износа.

Число отказов резко возрастает (усталость и др. показатели материала возрастают так, что машина ломается) – ремонт машины.

Меры повышения надежности:

ü повышение долговечности изделий;

ü повышение запаса прочности;

ü обеспечение хорошей системой смазки;

ü применение статических определений и самоустанавливающейся системы;

ü если возможны перегрузки, то необходимо применять предохранительные устройства; упругие связи или упругие муфты – при наличии динамических нагрузок;

ü необходимо шире применять стандартные и нормализованные узлы и детали;

ü повышение ремонтопригодности изделий.

При проектировании следует стремиться к равной долговечности.

Надежность – основной признак, свидетельствующий о качестве изделия.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



Допускаемые напряжения
и механические свойства материалов

механические свойства материалов

Для определения допускаемых напряжений в машиностроении применяют следующие основные методы.
1. Дифференцированный запас прочности находят как произведение ряда частных коэффициентов, учитывающих надежность материала, степень ответственности детали, точность расчетных формул и действующие силы и другие факторы, определяющие условия работы деталей.
2. Табличный — допускаемые напряжения принимают по нормам, систематизированным в виде таблиц
(табл. 1 — 7). Этот метод менее точен, но наиболее прост и удобен для практического пользования при проектировочных и проверочных прочностных расчетах.

В работе конструкторских бюро и при расчетах деталей машин применяются как дифференцированный, так и. табличный методы, а также их комбинация. В табл. 4 — 6 приведены допускаемые напряжения для нетиповых литых деталей, на которые не разработаны специальные методы расчета и соответствующие им допускаемые напряжения. Типовые детали (например, зубчатые и червячные колеса, шкивы) следует рассчитывать по методикам, приводимым в соответствующем разделе справочника или специальной литературе.

Приведенные допускаемые напряжения предназначены для приближенных расчетов только на основные нагрузки. Для более точных расчетов с учетом дополнительных нагрузок (например, динамических) табличные значения следует увеличивать на 20 — 30 %.

Допускаемые напряжения даны без учета концентрации напряжений и размеров детали, вычислены для стальных гладких полированных образцов диаметром 6-12 мм и для необработанных круглых чугунных отливок диаметром 30 мм. При определении наибольших напряжений в рассчитываемой детали нужно номинальные напряжения σном и τном умножать на коэффициент концентрации kσ или kτ:

свойство материалов

1. Допускаемые напряжения*
для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии

Марка
стали
Допускаемые напряжения **, МПа
при растяжении [σp] при изгибе [σиз] при кручении [τкр] при срезе [τср] при смятии [σсм]
I II III I II III I II III I II III I II
Ст2
Ст3
Ст4
Ст5
Ст6
115
125
140
165
195
80
90
95
115
140
60
70
75
90
110
140
150
170
200
230
100
110
120
140
170
80
85
95
110
135
85
95
105
125
145
65
65
75
80
105
50
50
60
70
80
70
75
85
100
115
50
50
65
65
85
40
40
50
55
65
175
190
210
250
290
120
135
145
175
210

* Горский А.И.. Иванов-Емин Е. Б.. Кареновский А. И. Определение допускаемых напряжений при расчетах на прочность. НИИмаш, М., 1974.
** Римскими цифрами обозначен вид нагрузки: I — статическая; II — переменная, действующая от нуля до максимума, от максимума до нуля (пульсирующая); III — знакопеременная (симметричная).

2. Механические свойства и допускаемые напряжения
углеродистых качественных конструкционных сталей

свойство материалов

3. Механические свойства и допускаемые напряжения
легированных конструкционных сталей

свойство материалов

4. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из углеродистых и легированных сталей

свойство материалов

5. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из серого чугуна

свойство материалов

6. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из ковкого чугуна

свойство материалов

7. Допускаемые напряжения для пластмассовых деталей

свойство материалов

Для пластичных (незакаленных) сталей при статических напряжениях (I вид нагрузки) коэффициент концентрации не учитывают. Для однородных сталей (σв > 1300 МПа, а также в случае работы их при низких температурах) коэффициент концентрации, при наличии концентрации напряжения, вводят в расчет и при нагрузках I вида (k > 1). Для пластичных сталей при действии переменных нагрузок и при наличии концентрации напряжений эти напряжения необходимо учитывать.

Для чугунов в большинстве случаев коэффициент концентрации напряжений приближенно принимают равным единице при всех видах нагрузок (I — III). При расчетах на прочность для учета размеров детали приведенные табличные допускаемые напряжения для литых деталей следует умножать на коэффициент масштабного фактора, равный 1,4 . 5.

Приближенные эмпирические зависимости пределов выносливости для случаев нагружения с симметричным циклом:

для углеродистых сталей:
— при изгибе, σ-1= (0,40÷0,46)σв;
— при растяжении или сжатии, σ-1р= (0,65÷0,75)σ-1;
— при кручении, τ-1= (0,55÷0,65)σ-1;

для легированных сталей:
— при изгибе, σ-1= (0,45÷0,55)σв;
— при растяжении или сжатии, σ-1р= (0,70÷0,90)σ-1;
— при кручении, τ-1= (0,50÷0,65)σ-1;

для стального литья:
— при изгибе, σ-1= (0,35÷0,45)σв;
— при растяжении или сжатии, σ-1р= (0,65÷0,75)σ-1;
— при кручении, τ-1= (0,55÷0,65)σ-1.

Механические свойства и допускаемые напряжения антифрикционного чугуна:
— предел прочности при изгибе 250 ÷ 300 МПа,
— допускаемые напряжения при изгибе: 95 МПа для I; 70 МПа — II: 45 МПа — III, где I. II, III — обозначения видов нагрузки, см. табл. 1.

Ориентировочные допускаемые напряжения для цветных металлов на растяжение и сжатие. МПа:
— 30. 110 — для меди;
— 60. 130 — латуни;
— 50. 110 — бронзы;
— 25. 70 — алюминия;
— 70. 140 — дюралюминия.

Источник

Электроприборы и инструменты © 2022
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.