Сопротивление материалов. Основные задачи раздела. Классификация нагрузок.
Наука, о прочности и деформируемости материала.
Задачи.
А) Расчет на прочность: прочность – это способность материала сопротивляться нагрузкам и разрушениям;
Б) Расчет на жесткость: жесткость – способность материала сопротивляться деформациям;
В) Расчет на устойчивость: устойчивость – способность сохранять устойчивое равновесие.
Классификация нагрузок.
В процессе работы сооружения и конструкции воспринимают и передают нагрузки (силы).
Силы могут быть:
А) Объемными (сила тяжести, сила инерции и т.д.);
Б) Поверхностные (поверх. воды, давление воды);
Поверхностные нагрузки бывают:
Сосредоточенные
Распределенные нагрузки
В зависимости от характера действия нагрузки:
А) статические – постоянные по величине или медленно нарастающие;
Б) динамические – быстро меняющиеся нагрузки или ударные;
В) повторно-переменная нагрузка – нагрузки меняющиеся во времени.
Расчетные схемы. Гипотезы и допущения.
Они упрощают расчеты.
Расчетные схемы.
Расчетные схемы –деталь, которая подвержена расчету на прочность, жесткость, устойчивость.
Все многообразие конструкций деталей сводится к 3 расчетным схема:
А) Брус – тело у которого один из размеров больше 2 других (балка, бревно, рельс);
Б) Оболочка – тело у которого один из размеров меньше двух других (корпус ракеты, корпус корабля);
В) Массив – тело у которого все 3 стороны приблизительно равны (станок, дом).
Допущения.
А) Все материалы имеют непрерывное строение;
Б) Материал детали однороден, т.е. обладает одинаковыми свойствами во всех точках материала;
В) Все материалы считаются изотропными, т.е. у них во всех направлениях одинаковые свойства;
Г) Материал обладает идеальной упругостью, т.е. после снятия нагрузки тело полностью восстанавливает свою форму и размеры.
Гипотезы.
А) Гипотеза о малости перемещений.
Перемещения, возникающие в конструкции под действием внешних сил очень малы, поэтому ими пренебрегают в расчетах.
Б) Допущения о линейной деформируемости.
Перемещение в конструкциях прямо пропорциональны действующим нагрузкам.
Метод сечений. Виды нагружений (деформаций)
Метод сечений.
Рассмотрим груз нагруженный внешними силами P1, P2, P3, P4. Применим к брусу метод сечений: рассечем его плоскостью L на 2 равные части, левую и правую. Левую отбросим, правую оставим.
Правая часть – оставленная, будет находиться в равновесии, т.к. в поперечном сечении будут возникать внутренние силовые факторы (ВСФ), которые уравновешивают оставленную часть заменяют действия отброшенной части.
А) N – продольная сила
Б)Qx – поперечная сила
В) Qy – поперечная сила
Г) Mz – крутящий момент
Д) Mx – изгибающий момент
Е) My – изгибающий момент.
Виды деформаций (нагружений)
А) Растяжение, сжатие: такая деформация при которой в поперечном сечении действует только продольная сила N(пружина, баян, сельфон);
Б) Кручение – такая деформация при которой в сечении действует только крутящий момент Mz (вал, зубчатое колесо, гайка, юла);
В) Изгиб – деформация при которой в сечении действует изгибающий момент Mxили My(изгиб балки, изгиб балкона);
Г) Сдвиг – такая деформация при которой в сечении действует поперечная сила QxилиQy(срез и смятие заклепки).
Рассмотренные деформации считаются простыми.
Сложный вид деформации.
Деформация, при которой в сечении действуют одновременно 2 или более внутренних силовых фактора (совместные действия изгиба и кручения: вал с зубчатым колесом).
Вывод: метод сечений позволяет определить ВСФ, вид деформации. Для оценки прочности конструкции определяют интенсивность внутренних сил-напряжения.
Механические напряжения.
Механическим напряжением – называют, величину внутреннего силового фактора, приходящегося на площадь поперечного сечения.
Деформация растяжения, сжатия. ВСФ, напряжения.
Деформация растяжение, сжатие.
Это деформация, при которой в сечении возникает продольная сила N.Пример (пружина, баян, трос,).
Вывод: Растяжение – деформация, при которой сила направлена от сечения, сжатие – к сечению .
Напряжения при Р-С:
Вывод: при Р-С возникают нормальные напряжения, т.е. они также, как и продольная сила N перпендикулярны сечению.
Расчеты на прочность при растяжении, сжатии.
Существуют 3 расчета на прочность:
А) Проверка на прочность
Б) Подбор сечения
В) Определение допускаемой нагрузки
Вывод: расчеты на прочность нужны чтобы предугадать разрушения.
Закон Гука при растяжении, сжатии.
Е – модуль Юнга (или модуль упругости).
Е.И. как у напряжения.
Модуль Юнга для каждого материала различен и выбирается из справочного материала.
Нормальное напряжение прямо-пропорционально продольной деформации- Закон Гука .
Модуль Юнга характеризует жесткость материала при растяжении-сжатии.
Смятие. Расчеты на смятие.
Если толщина соединяемых деталей небольшая, а нагрузка действующая на соединение большая, то между поверхностью соединяемых деталей и стенками отверстия возникает большое взаимное давление.
Оно обозначается – Сигма см.
В результате этого давления мнется заклепка, болт, винт…, форма отверстия искажается, герметичность нарушается.
Расчеты на прочность.
Срез. Расчеты на срез.
Если 2 листа толщиной Sсоединить между собой заклепками, болтом, то по плоскостям перпендикулярным осевым линиям этих деталей произойдет срез.
Расчеты на срез.
Кручение. Чистый сдвиг. Закон Гука при кручении.
Кручение – деформация, при которой в поперечном сечении детали возникает крутящий момент Mz (вал, зубчатое колесо, червяк).
Кручение можно осуществить при чистом сдвиге тонко-стенной трубы.
На гранях выделенного элемента a,b,c,dвозникает касательное напряжение τ(тау)–этим и характеризуется чистый сдвиг .
При чистом сдвиге между касательными напряжениями τи углом сдвига γ(гамма) установлена прямая зависимость – закон Гука при кручении :τ=G*γ
G- модуль сдвига, характеризует жесткость материала при сдвиге.
Измеряется – Мпа.
2) G=E*E(модуль Юнга)
Для одного и того же материала между модулями сдвига G и модулем Юнга, существует зависимость (3).
Модуль сдвига опр-ют из формулы путем расчета, приняв величины из справочного материала.
Напряжения при кручении. Распределение касательных напряжений в сечении.
Ws – полярный момент сопротивления сечению.
Касательное напряжение распределены в сечении по линейному закону, tmaxнаходится на контуре сечения, t=0 в центре сечения, все остальные t между ними.
Ws – для простейших сечений.
Расчеты на прочность при кручении.
Вывод: расчеты на прочность при кручении необходимы, чтобы предугадать разрушения.
Расчеты на жесткость при кручении.
На жёсткость рассчитываются точные валы, для потери точности пружинения.
Относительный угол закручивания.
Обе величины могут измеряться в градусах, либо в радианах.
Изгиб. Виды изгибов. Примеры изгибов.
Изгиб – деформация при которой действует изгибающий момент (Mx, My).
Примеры : изгиб в строительной балке, парта, балкон.
Виды :
Прямой изгиб
Косой изгиб
Классификация механических передач
- по принципу передачи движения
: передачи трением и передачи зацеплением; внутри каждой группы существуют передачи непосредственным контактом и передачи гибкой связью;
- по взаимному расположению валов
: передачи с параллельными валами (цилиндрические, передачи с пересекающимися осями валов (конические), передачи со скрещивающимися валами (червячные, цилиндрические с винтовым зубом, гипоидные);
- по характеру передаточного числа
: с постоянным передаточным числом и с бесступенчатым изменением передаточного числа (вариаторы).
В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на:
-редукторы (понижающие передачи) - от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения и увеличивают крутящий момент;
-мультипликаторы (повышающие передачи) - от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения и уменьшают крутящий момент.
Фрикционные передачи
Фрикционная передача - механическая передача, служащая для передачи вращательного движения (или для преобразования вращательного движения в поступательное) между валами с помощью сил трения, возникающих между катками, цилиндрами или конусами, насаженными на валы и прижимаемыми один к другому.
Фрикционные передачи классифицируют по следующим признакам:
1. По назначению:
С нерегулируемым передаточным числом (рис.9.1-9.3);
С бесступенчатым (плавным) регулированием передаточного числа (вариаторы).
2. По взаимному расположению осей валов:
Цилиндрические или конусные с параллельными осями (рис.9.1, 9.2);
Конические с пересекающимися осями (рис.9.3).
3. В зависимости от условий работы:
Открытые (работают всухую);
Закрытые (работают в масляной ванне).
4. По принципу действия:
Нереверсивные (рис.9.1-9.3);
Реверсивные.
Достоинства фрикционных передач:
Простота конструкции и обслуживания;
Плавность передачи движения и регулирования скорости и бесшумность работы;
Большие кинематические возможности (преобразование вращательного движения в поступательное, бесступенчатое изменение скорости, возможность реверсирования на ходу, включение и выключение передачи на ходу без остановки);
Равномерность вращения, что удобно для приборов;
Возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа, причем на ходу, без остановки передачи.
Недостатки фрикционных передач:
Непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания;
Незначительная передаваемая мощность (открытые передачи - до 10-20 кВт; закрытые - до 200-300 кВт);
Для открытых передач сравнительно низкий КПД;
Большое и неравномерное изнашивание катков при буксовании;
Необходимость применения опор валов специальной конструкции с прижимными устройствами (это делает передачу громоздкой);
Для силовых открытых передач незначительная окружная скорость ( 7 - 10 м/с);
Большие нагрузки на валы и подшипники от прижимной силы , что увеличивает их размеры и делает передачу громоздкой. Этот недостаток ограничивает величину передаваемой мощности;
Большие потери на трение.
Применение.
Они применяются в машиностроении сравнительно редко, например, во фрикционных прессах, молотах, лебедках, буровой технике и т.п. Эти передачи применяются преимущественно в приборах, где требуется плавность и бесшумность работы (магнитофоны, проигрыватели, спидометры и т. п.).
Передача Винт-гайка
Передача винт-гайка состоит из : винта и гайки, соприкасающихся винтовыми поверхностями.Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное.
Различают два типа передач винт-гайка :
Передачи трения скольжения или винтовые пары трения скольжения;
Передачи трения качения или шариковинтовые пары. Ведущим элементом в передаче, как правило, является винт, ведомым - гайка. В передачах винт-гайка качения на винте и в гайке выполнены винтовые канавки (резьба) полукруглого профиля, служащие дорожками качения для шариков.
В зависимости от назначения передачи винты бывают:
- грузовые, применяемые для создания больших осевых сил.
- ходовые, применяемые для перемещений в механизмах подачи. Для снижения потерь на трение применяют преимущественно трапецеидальную многозаходную резьбу.
- установочные, применяемые для точных перемещений и регулировок. Имеют метрическую резьбу. Для обеспечения безлюфтовой передачи гайки делают сдвоенными.
Основные достоинства:
1.возможность получения большого выигрыша в силе;
2. высокая точность перемещения и возможность получения медленного движения;
3. плавность и бесшумность работы;
4. большая несущая способность при малых габаритных размерах;
5. простота конструкции.
Недостатки передач винт-гайка скольжения:
1.большие потери на трение и низкий КПД;
2. затруднительность применения при больших частотах вращения.
Применение передачи “винт-гайка”
Наиболее характерными областями применения передачи винт – гайка являются:
Поднятие грузов (домкраты);
Нагружение в испытательных машинах;
Осуществление рабочего процесса в станках (винтовые процессы);
Управление оперением самолетов (закрылки, руки направления и высоты, механизмы выпуска шасси и изменения стреловидности крыла);
Перемещение рабочих органов робота;
Точные делительные перемещения (в измерительных механизмах и станках).
Зубчатые передачи
Механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару, называют зубчатойпередачей . Меньшее из колес передачи принято называть шестерней, а большее – колесом, звено зубчатой передачи, совершающее прямолинейное движение, называют зубчатой рейкой.
Классификация:
- по взаимному расположению осей колес : с параллельными осями, с пересекающимися осями со скрещивающимися осями) с преобразованием движения
- по расположению зубьев относительно образующих колес: прямозубые; косозубые;шевронные; с круговым зубом;
- по направлению косые зубья бывают: правые и левые.
- по конструктивному оформлению : открытые и закрытые;
- по числу ступеней: одно- имногоступенчатые;
Червячные передачи
Червячная передача (или зубчато-винтовая передача) - механизм для передачи вращения между валами посредством винта и сопряженного с ним червячного колеса. Червяк и червячное колесо, образуют совместно высшую зубчато-винтовую кинематическую пару, а с третьим, неподвижным звеном, низшие вращательные кинематические пары.
Достоинства:
· Плавность работы;
· Малошумность;
· Самоторможение - при некоторых передаточных отношениях;
· Повышенная кинематическая точность.
Недостатки:
· Повышенные требования к точности сборки, необходимость точной регулировки;
· При некоторых передаточных соотношениях передача вращения возможна только в одном направлении - от винта к колесу. (для некоторых механизмов может считаться достоинством).
· Сравнительно низкий КПД (целесообразно применять при мощностях менее 100 кВт)
· Большие потери на трение с тепловыделением, необходимость специальных мер по интенсификации теплоотвода;
· Повышенный износ и склонность к заеданию.
Червяки различают по следующим признакам:
По форме образующей поверхности:
· цилиндрические
· глобоидные
По направлению линии витка:
По числу заходов резьбы
· однозаходные
· многозаходные
· по форме винтовой поверхности резьбы
· с архимедовым профилем
· с конволютным профилем
· с эвольвентным профилем
· трапецеидальный
Редуктор
Редуктор (механический) - механизм, передающий и преобразующий крутящий момент, с одной или более Механическими передачами.
Основные характеристики редуктора -КПД, передаточное отношение, передаваемая мощность, максимальные угловые скорости валов, количество ведущих и ведомых валов, тип и количество передач и ступеней.
Прежде всего редукторы классифицируются по типам механических передач : цилиндрические, конические, червячные, планетарные, волновые, спироидные и комбинированные.
Корпуса редукторов : в серийном производстве широко распространены стандартизованные литые корпуса редукторов. Чаще всего в тяжёлой промышленности и машиностроении применяются корпуса из литейного чугуна, реже из литейных сталей.
Классификация редукторов
Ременные передачи
Устройство и назначение
Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью и может применяться для передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии один от другого. Она состоит из двух шкивов (ведущего, ведомого) и охватывающего их бесконечного ремня, надетого с натяжением. Ведущий шкив силами трения, возникающими на поверхности контакта шкива с ремнем вследствие его натяжения, приводит ремень в движение. Ремень в свою очередь заставляет вращаться ведомый шкив.
Область применения
Ременные передачи применяются для привода агрегатов от электродвигателей малой и средней мощности; для привода от маломощных двигателей внутреннего сгорания.
Цепные передачи
Цепные передачи – это передачи зацеплением и гибкой связью, состоящие из ведущей и ведомой звездочек и охватывающей их цепи. В состав передачи также часто входят натяжные и смазочные устройства, ограждения.
Достоинства:
1. возможность применения в значительном диапазоне межосевых расстояний;
2. меньшие, чем у ременных передач, габариты;
3. отсутствие проскальзывания;
4. высокий КПД;
5. относительно малые силы, действующие на валы;
6. возможность передачи движения нескольким звездочкам;
7. возможность легкой замены цепи.
Недостатки:
1. неизбежность износа шарниров цепи из-за отсутствия условий для жидкостного трения;
2. непостоянство скорости движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек;
3. необходимость более точной установки валов, чем для клиноременной передачи;
4. необходимость смазывания и регулировки.
Цепи по назначению разделяют на три группы:
1. грузовые – используют для закрепления грузов;
2. тяговые – применяют для перемещения грузов в машинах непрерывного транспорта (конвейерах, подъемниках, эскалаторах и др.);
3. приводные – используют для передачи движения.
Применение: Передачи используют в сельскохозяйственных, подъемно-транспортных, текстильных и полиграфических машинах, мотоциклах, велосипедах, автомобилях, нефтебуровом оборудовании.
Механизмы
Механизм - внутреннее устройство машины, прибора, аппарата, приводящее их в действие. Механизмы служат для передачи движения и преобразования энергии (редуктор, насос, электрический двигатель).
Механизм состоит из 3 групп звеньев:
1. Неподвижные звенья- стойки
2. Ведущие звенья- передаёт движение
3. Ведомые звенья- воспринимают движения
Классификация механизмов :
1. Рычажные механизмы: кривошибно-шатунный механизм- кривошиб(врощательные движения), шатун(калибательное), ползун(поступательное).
Применение: Поршневые насосы, паровые машины.
Валы и оси
В современных машинах наиболее широко используется вращательное движение деталей. Менее распространено поступательное движение и его комбинация с вращательным (винтовое движение). Движение поступательно перемещающихся частей машин обеспечивается специальными устройствами, называемыми направляющими . Для осуществления вращательного движения используют специальные детали – валы и оси, которые своими специально приспособленными для этого участками – цапфами (шипами) или пятами– опираются на опорные устройства, называемые подшипниками или подпятниками.
Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой цилиндрической формы), предназначенную для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, звездочек, катков и т. д., и для передачи вращающего момента.
При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях помимо изгиба и кручения валы могут испытывать деформацию растяжения (сжатия).Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали и работают только на кручение (карданные валы автомобилей, валки прокатных станков и др.).
Осью называют деталь, предназначенную только для поддержания установленных на ней деталей.
В отличие от вала ось не передает вращающего момента и работает только на изгиб. В машинах оси могут быть неподвижными или же могут вращаться вместе с сидящими на них деталями (подвижные оси).
Лассификация валов и осей
По назначению валы подразделяют на:
Передаточные- несущие только различные детали механических передач (зубчатые колеса, шкивы ременных передач, звездочки цепных передач, муфты и т.д.),
Коренные- несущие основные рабочие органы машин (роторы электродвигателей и турбин, шатунно-поршневой комплекс двигателей внутреннего сгорания и поршневых насосов), а при необходимости ещё дополнительно и детали механических передач (шпиндели станков, приводные валы конвейеров и т.п.). Коренной вал станков с вращательным движением инструмента или изделия называется шпинделем .
По геометрической форме валы делят на : прямые; кривошипные;коленчатые; гибкие; телескопические; карданные .
По методу изготовления различают : цельные и составные валы.
По виду поперечных сечений участков вала различают сплошные и полые валы с круглым и некруглым поперечным сечением.
Подшипники
Подшипник - Сборочный узел, являющийся частью опоры или упора и поддерживающий вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение или линейное перемещение (для линейных подшипников ) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции.
По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:
· подшипники качения;
· подшипники скольжения;
Подшипники качения
Представляет собой уже готовый узел, основными элементами которого являются тела кочения- шарики или ролики, установленные между кольцами и удерживаемые на определённом расстояние друг от друга.
Достоинства:
1. Малая стоимость, из-за массового производства.
2. Не большие потери на трение и малый нагрев при работе.
3. Малые осевые размеры.
4. Простота конструкции
Недостатки:
1. Большие радиальные размеры.
2. Нет разъёмных соединений.
Классификация:
1. По форме тел качения: шариковые, роликовые.
2. По напровлению действия: радиально-упорные,упорные, упорно-радиальные.
3. По числу рада тел качения: однородные, двухрядные, четырёхрядные.
4. По основным конструктивным признакам: самоутанавливающиеся, несамоустанавливающиеся.
Применение: В машиностроение.
Подшипники скольжения
Подшипник скольжения – состоит из корпуса, вкладешей и смазывающих устройств. В простейшем виде они представляют собой втулку (вкладышь), встоенную в станину машины.
Смазка является одним из основных условий надёжной работы подшипника и обеспечивает низкое трение, разделение подвижных частей, теплоотвод, защиту от вредного воздействия окружающей среды.
Смазка может быть:
Классификация:
Подшипники скольжения разделяют:
в зависимости от формы подшипникового отверстия:
по направлению восприятия нагрузки :
по конструкции :
по количеству масляных клапанов :
по возможности регулирования :
Достоинства
Недостатки
Применение: Для волов больших диаметров; тихоходных машин; бытовая техника.
Му́фта - устройство (деталь машины), предназначенное для соединения друг с другом концов валов и свободно сидящих на них деталей для передачи крутящего момента. Служат для соединения двух валов, расположенных на одной оси или под углом друг к другу.
Классификации муфт.
По видам управления
· Управляемые - сцепные, автоматические
· Неуправляемые - постоянно действующие.
Неразъемные соединения.
Соединения сварные
Сварное соединение - неразъёмное соединение, выполненное сваркой.
Сварное соединение включает три характерные зоны, образующиеся во время сварки: зону сварного шва, зону сплавления и зону термического влияния, а также часть металла, прилегающую к зоне термического влияния.
Зоны сварного соединения: самая светлая - зона основного металла, темнее - зона термического влияния, самая тёмная область в центре - зона сварного шва. Между зоной термического влияния и зоной сварного шва находится зона расплавления.
Сварной шов - участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации.
Металл шва - сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами или только переплавленным основным металлом.
Основной металл - металл подвергающихся сварке соединяемых частей.
Зона сплавления - зона частично сплавившихся зёрен на границе основного металла и металла шва.
Зона термического влияния - участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке или наплавке.
Клеевые соединения.
Клеевые соединения находят все большее применение в связи с созданием высококачественных синтетических клеев. Наиболее широко применяют клеевые соединения внахлестку, работающие на сдвиг. При необходимости получить особо прочные соединения, применяю комбинированные соединения: клеевинтовые, клеезаклепочные, клеесварные.
Области применения клеев.
Наиболее крупными потребителями клеевых материалов являются деревообрабатывающая промышленность, строительство, легкая промышленность, машиностроение, авиационная промышленность, судостроение и др.
Применяются клеи в устройствах связи, сигнализации и энергоснабжения.
Комбинированные соединения: клеесварные, клеерезьбовые, клееклепанные - значительно улучшают технические характеристики деталей и механизмов, обеспечивают высокую прочность и, в ряде случаев, герметичность конструкций.
Клеи нашли применение в медицине для склеивания костей, живых тканей и других целей.
Разъемные соединения.
Шпоночные соединения
Шпоночные соединения служат для закрепления на валу (или оси) вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, муфт и т. п.), а также для передачи вращающего момента от вала к ступице детали или, наоборот, от ступицы к валу.Конструктивно, на валу делается паз, в который закладывается шпонка и затем на эту конструкцию надевается колесо, которое так же имеет шпоночный паз.
В зависимости от назначения шпоночного соединения существуют шпонки разной формы:
А) Призматическая шпонка с плоским торцом;
б) Призматическая шпонка с плоским торцом и отверстиями для крепежных винтов;
в) Шпонка со скруглённым торцом;
г) Шпонка со скруглённым торцом и отверстиями для крепежных винтов;
д) Сегментная шпонка;
е) Клиновая шпонка;
ж) Клиновая шпонка с упором.
Шлицевые соединения
Шлицевые соединения используют для соединения валов и колёс за счёт выступов на валу и в падинах в отверстии колеса.
По принципу действия шлицевые соединения напоминают шпоночные соединения, но имеют ряд преимуществ:
· лучшее центрирование деталей на валу;
· передают больший вращающий момент;
· высокая надёжность и износостойкость.
В зависимости от профиля зубьев различают три основных типа соединений:
а) Прямобочные зубья (число зубьев Z = 6, 8, 10, 12), ГОСТ 1139-80;
б) Эвольвентные зубья (число зубьев Z = 12, 16 и более), ГОСТ 6033-80;
в) Треугольные зубья (число зубьев Z = 24, 36 и более).
Широкое распространение шлицевые соединения получили в механизмах, где нужно перемещать колесо вдоль оси вала, например в переключателях скоростей автомобилей.
Шлицевые соединения надежны, но не технологичны, поэтому их применение ограничено из за высокой стоимости изготовления.
Резьбовые соединения
Резьбовым называют разъёмное соединение составных частей изделия с применением детали, имеющей резьбу.
Резьба представляет собой чередующиеся выступы и впадины на поверхности тела вращения, расположенные по винтовой линии. Телом вращения может быть цилиндр или круглое отверстие - цилиндрические резьбы. Иногда используется коническая резьба. Профиль резьбы соответствует определённому стандарту.
Виды резьбовых соединений
| Название | Изображение | Примечание |
| Болтовое соединение |  | Используется для скрепления деталей небольшой толщины. При обрыве резьбы легко заменяется. |
| Винтовое соединение |  | Винт может иметь любую головку. Резьба нарезается непосредственно в корпусе детали. Недостаток - резьба в корпусе может быть повреждена, что приводит к замене всего корпуса. |
| Соединение шпилькой |  | Затяжка осуществляется гайкой. Шпилька закручена в корпус. При обрыве резьбы в корпусе, нарезается новая резьба большего диаметра или, если это невозможно, то заменяется весь корпус. |
| Соединение шпилькой |  | Затяжка производится двумя гайками. При обрыве резьбы легко заменяется. |
Основные конструктивные формы головок болтов и винтов
а) Шестигранная головка для затяжки гаечным ключом; б) Круглая головка со шлицом для затяжки отвёрткой; в) Потайная головка со шлицом для затяжки отвёрткой.
Крепежно-уплотняющие резьбы. Их используют в резьбовых изделиях, предназначенных как для скрепления деталей, так и для создания герметичности. К ним относятся резьбы: трубная цилиндрическая, трубная коническая, коническая дюймовая, круглая дюймовая.
Установочные винты и соединения.
Установочные винты применяют для фиксации положения деталей и предотвращения их сдвига.
а) С плоским торцом, используется для фиксации при малой толщине детали. б) Конический хвостовик. в) Ступенчатый хвостовик.
Ступенчатый и конический хвостовики используются для крепления деталей имеющих предварительное засверливание.
Пример использования установочного винта с коническим хвостовиком.
Болты и соединения специального назначения.
| Фундаментные болты. Специальные крепёжные элементы, изготовленные в виде стержня с резьбой. Они служат в основном для крепления различного оборудования и строительных конструкций. Их применяют в местах, где необходимо прочное и надёжное крепление конструкций в бетонном, кирпичном, каменном или другом основании. Болт помещается в основание и заливается бетоном. |  |
| Рым-болт (болт нагруженный) - предназначен для захвата и перемещения машин и деталей при монтаже, разработке, погрузке и тому подобное. |  |
| Крюк с болтом нагруженным - предназначен для зацепления и перемещения различных грузов. |  |
Гайки.
В разъёмных резьбовых соединениях болты и шпильки снабжены гайками. Гайки, в отверстиях имеют ту же резьбу, что и болты (тип, диаметр, шаг). Резьбовое отве
1.4. В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые) нагрузки.
1.5. Нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении и перевозке конструкций, а также при возведении сооружений, следует учитывать в расчетах как кратковременные нагрузки.
Нагрузки, возникающие на стадии эксплуатации сооружений, следует учитывать в соответствии с пп.1.6-1.9.
а) вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих строительных конструкций;
б) вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление.
Сохраняющиеся в конструкции или основании усилия от предварительного напряжения следует учитывать в расчетах как усилия от постоянных нагрузок.
а) вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;
б) вес стационарного оборудования: станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и изоляцией, ленточных конвейеров, постоянных подъемных машин с их канатами и направляющими, а также вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование;
в) давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разрежение воздуха, возникающее при вентиляции шахт;
г) нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях;
д) температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;
е) вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях;
ж) вес отложений производственной пыли, если ее накопление не исключено соответствующими мероприятиями;
з) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с пониженными нормативными значениями, приведенными в табл. 3;
и) вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения вертикальной нагрузки от одного крана (см. п. 4.2) в каждом пролете здания на коэффициент: 0,5 - для групп режимов работы кранов 4К-6К; 0,6 - для группы режима работы кранов 7К; 0,7 - для группы режима работы кранов 8К. Группы режимов работы кранов принимаются по ГОСТ 25546 - 82;
к) снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения в соответствии с указаниями п. 5.1 на коэффициент: 0,3 - для III снегового района: 0,5 - для IV района; 0,6 - для V и VI районов;
л) температурные климатические воздействия
с пониженными нормативными значениями,
определяемыми в соответствии с указаниями
пп. 8.2 - 8.6 при условии
=
=
=
=
=0,
=
= 0;
м) воздействия, обусловленные деформациями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта, а также оттаиванием вечномерзлых грунтов;
н) воздействия, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов.
а) нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене;
б) вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования;
в) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями, кроме нагрузок, указанных в п. 1.7,а,б,г,д;
г) нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, кранов-штабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов с полным нормативным значением);
д) снеговые нагрузки с полным нормативным значением;
е) температурные климатические воздействия с полным нормативным значением;
ж) ветровые нагрузки;
з) гололедные нагрузки.
а) сейсмические воздействия;
б) взрывные воздействия;
в) нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;
г) воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых.
Воздействия, испытываемые стойкой от согнувшей ее руки (см. рис. 42), доской от груза (см. рис. 44), цилиндрическим стержнем болта при навинчивании гайки гаечным ключом (см. рис. 45) и т. д., представляют собой внешние силы или нагрузки . Силы, возникающие в местах закрепления стойки и опирания доски, называются реакциями .
Рис. 42
Рис. 44
Рис. 45
По способу приложения нагрузки делятся на сосредоточенные и распределенные (рис. 49).
Виды и классификация нагрузок:
Сосредоточенные нагрузки передают свое действие через,очень малые площади. Примерами таких нагрузок могут служить давление колес железнодорожного вагона на рельсы, давление тележки тали на монорельс и т. д.
Распределенные нагрузки действуют на сравнительно большой площади. Например, вес станка передается через станину на всю площадь соприкосновения с фундаментом.
По продолжительности действия принято различать постоянные и переменные нагрузки. Примером постоянной нагрузки может служить давление подшипника скольжения - опоры валов и осей - и его собственный вес на кронштейн.
Переменной нагрузке подвержены в основном детали механизмов периодического действия. Одним из таких механизмов служит зубчатая передача, у которой зубья в зоне контакта смежных пар зубчатых колес испытывают переменную нагрузку.
По характеру действия нагрузки могут быть статическими и динамическими . Статические нагрузки почти не изменяются в течение всего времени работы конструкции (например, давление ферм на опоры).
Динамические нагрузк и действуют непродолжительное время. Их возникновение связано в большинстве случаев с наличием значительных ускорений и сил инерции.
Динамические нагрузки испытывают детали машин ударного действия, таких, как прессы, молоты и т. д. Детали кривошипно-шатунных механизмов также испытывают во время работы значительные динамические нагрузки от изменения величины и направления скоростей, то есть наличия ускорений.
Просмотр: эта статья прочитана 16953 раз
Pdf Выберите язык... Русский Украинский Английский
Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык
Обзор
Основными задачами в технике являются обеспечения прочности, жесткости, устойчивости инженерных конструкций, деталей машин и приборов.
Наука, в которой изучаются принципы и методы расчетов на прочность, жесткость и устойчивость называется сопротивлением материалов .
Прочност ь - это способность конструкции в определенных пределах воспринимать действие внешних нагрузок без разрушения.
Жесткость - это способность конструкции в определенных пределах воспринимать действие внешних нагрузок без изменения геометрических размеров (не деформируясь).
Устойчивость - свойство системы самостоятельно восстанавливать первоначальное состояние после того, как ей было дано некоторое отклонение от состояния равновесия.
Каждый инженерных расчет состоит из трех этапов:
Сопротивление материалов базируется на законах теоретической механики (статика), методах математического анализа, материаловедении.
Классификация нагрузок
Различают внешние и внутренние силы и моменты. Внешние силы (нагрузки) - это активные силы и реакции связи.
По характеру действия нагрузки делятся на:
Классификация элементов конструкций
Стержень (брус) - тело, длина которого L превышает его поперечные размеры b и h. Ось стержня - линия, соединяющая центры тяжести последовательно расположенных сечений. Сечение - это плоскость перпендикулярная оси стрежня.
Пластина - тело плоской формы, у которого длина a и ширина b больше по сравнению с толщиной h.
Оболочка - тело, ограниченное двумя близко расположенными криволинейными поверхностями. Толщина оболочки мала по сравнению с другими габаритными размерами, радиусами кривизны ее поверхности.
Массивное тело (массив) - тело, у которого все размеры одного порядка.
Деформации стержня
При нагрузке тел внешними силами они могут изменять свою форму и размеры. Изменение формы и размеров тела под действием внешних сил называется деформацией .
Деформации бывают:
В зависимости от характера внешних нагрузок различают такие виды деформаций:
Бывают более сложные деформации, которые образуются сочетанием нескольких основных.
Линейные деформаци и связаны с перемещением точек или сечений вдоль прямой линии (растяжение, сжатие).
Угловые деформации связаны с относительным поворотом одного сечения относительно другого (кручение).
Основные гипотезы и принципы
Гипотеза о сплошности материала : тело, сплошное и непрерывное до деформации, остается таким же и в процессе деформации.
Гипотеза об однородности и изотропности : в любой точке тела и в любом направлении физико-механические свойства материала считаются одинаковыми.
Гипотеза о малости деформаций : по сравнению с размерами тела деформации настолько малы, что не изменяют положения внешних сил, действующих на тело.
Гипотеза об идеальной упругости : в заданных малых пределах деформирования все тела идеально упругие, т.е. деформации полностью исчезают после прекращения нагрузок.
Гипотеза плоских сечений : сечение плоское до деформирования остается плоским и после деформации.
Закон Гука и гипотеза о малости деформаций дают возможность применять принцип суперпозиции (принцип независимости или сложения сил): деформации тела, вызванные действиями нескольких сил, равняются сумме деформаций, вызванных каждой силой.
Прицип Сен-Венан а : статически эквиваленте системы сил, действующие на малую, по сравнению с общими размерами тела, его часть, при достаточном отдалении от этой части вызывают одинаковые деформации тела.
Принцип затвердения : тело, испытывающее деформирование, затвердело и к нему можно применять уравнения статики.
Внутренние силы. Метод сечений
Внутренние силы - это силы механического взаимодействия между частичками материала, возникающие в процессе деформирования как реакции материала на внешнюю нагрузку.
Для нахождения и определения внутренних сил применяют метод сечений (РОЗУ), который сводится к следующим операциям:
В результате сечения стержня поперечным сечением, разорванные связи между частями заменяются внутренними силами, которые можно свести к главному вектору R и главному моменту М внутренних сил. При проектировании их на координатные оси получаем:
N - продольная (осевая) сила,
Qy - поперечная (перерезывающая) сила
Qz - поперечная (перерезывающая) сила
Mx - крутящий момент
My - изгибающий момент
Mz - изгибающий момент
Если известны внешние силы, все шесть компонент внутренних сил могут быть найдены из уравнений равновесия
Напряжение
Нормальные напряжения, касательные напряжения. Полное напряжение.
Определение зависимости между внешними силами, с одной стороны, и напряжением и деформацией, с другой, - основная задача сопротивлению материалов .
Растяжение и сжатие
Растяжение или сжатие часто встречаются в элементах машин или сооружений (растяжение троса крана при подъеме груза; шатуна двигателя, штока цилиндров в подъёмно-транспортных машинах).
Растяжение или сжатие - это случай нагружения стрежня, который характеризуется его удлинением или укорочением. Растяжение или сжатие вызывается силами, действующими вдоль оси стрежня.
При растяжении стержень удлиняется, а его поперечные размеры уменьшаются. Изменение начальной длины стрежня называют абсолютным удлинением при растяжении или абсолютным укорочением при сжатии. Отношение абсолютного удлинения (укорочение) к начальной длине стрежня называется относительным удлинением .
В этом случае:
Все волокна стрежня удлиняются на одну и ту же величину и их относительные удлинения одинаковые.
Разность соответствующих поперечных размеров после деформации и до нее называется абсолютной поперечной деформацией .
Отношение абсолютной поперечной деформации к соответствующему начальному размеру называется относительной поперечной деформацией .
Между поперечной и продольной деформациями существует соотношение. Коэффициент Пуассона − безразмерная величина, находящаяся в пределах 0...0,5 (для стали 0,3).
В поперечных сечениях возникают нормальные напряжени я. Зависимость напряжений от деформаций устанавливает закон Гука.
В сечении стержня возникает один внутренний силовой фактор - продольная сила N . Продольная сила N является равнодействующей нормальных напряжений, которая численно равна алгебраической сумме всех внешних сил, действующих на одну из частей рассеченного стрежня и направленных вдоль его оси.
Формат: pdf
Язык: русский, украинский
Размер: 460 КВ
Представлен в полном объёме сопромат сайт.
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи. Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.
Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.
Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается
Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается
Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы
Классификация Внешних Сил (Нагрузок) Сопромат
Внешние силы в сопромате делятся на активные и реактивные (реакции связей).Нагрузки – это активные внешние силы.
По способу приложения нагрузки бывают объемными (собственный вес, силы инерции), действующими на каждый бесконечно малый элемент объема, и поверхностными. Поверхностные нагрузки делятся на сосредоточенные нагрузки и распределенные нагрузки .
Распределенные нагрузки характеризуются давлением - отношением силы, действующей на элемент поверхности по нормали к ней, к площади данного элемента и выражаются в Международной системе единиц (СИ) в паскалях, мегапаскалях (1 ПА = 1 Н/м2; 1 МПа = 106 Па) и т.д., а в технической системе – в килограммах силы на квадратный миллиметр и т.д. (кгс/мм2, кгс/см2).
В сопромате часто рассматриваются поверхностные нагрузки , распределенные по длине элемента конструкции. Такие нагрузки характеризуются интенсивностью, обозначаемой обычно q и выражаемой в ньютонах на метр (Н/м, кН/м) или в килограммах силы на метр (кгс/м, кгс/см) и т.д.
По характеру изменения во времени выделяют статические нагрузки - нарастающие медленно от нуля до своего конечного значения и в дальнейшем не изменяющиеся; и динамические нагрузки вызывающие большие силы инерции.
Допущения Сопромата Сопромат
При построении теории расчета на прочность, жесткость и устойчивостьпринимаются допущения, связанные со свойствами материалов и с деформацией тела.
Сначала рассмотрим допущения, связанные со свойствами материалов :
допущение 1 : материал считается однородным (его физико-механические свойства считаются одинаковыми во всех точках;
допущение 2 : материал полностью заполняет весь объем тела, без каких-либо пустот (тело рассматривается как сплошная среда). Это допущение дает возможность применять при исследовании напряженно-деформированного состояния тела методы дифференциального и интегрального исчислений, которые требуют непрерывности функции в каждой точке объема тела;
допущение 3 : материал изотропный, то есть его физико-механические свойства в каждой точке одинаковы во всех направлениях. Анизотропные материалы – физико-механические свойства которых изменяются в зависимости от направления (например, дерево);
допущение 4 : материал является идеально упругим (после снятия нагрузки все деформации полностью исчезают).
Теперь рассмотрим основные допущения, связанные с деформацией тела .
допущение 1 : деформации считаются малыми. Из этого допущения следует, что при составлении уравнений равновесия, а также при определении внутренних сил можно не учитывать деформацию тела. Это допущение иногда называют принципом начальных размеров. Например, рассмотрим стержень, заделанный одним концом в стену и нагруженный на свободном конце сосредоточенной силой (рис. 1.1).
Момент в заделке, определенный из соответствующего уравнения равновесия методом теоретической механики, равен: . Однако прямолинейное положение стержня не является его положением равновесия. Под действием силы (P) стержень изогнется, и точка приложения нагрузки сместится и по вертикали, и по горизонтали. Если записать уравнение равновесия стержня для деформированного (изогнутого) состояния, то истинный момент, возникающий в заделке, окажется равным: . Принимая допущение о малости деформаций, мы полагаем, что перемещением (w) можно пренебречь по сравнению с длиной стержня (l), то есть , тогда . Допущение возможно не для всех материалов.
допущение 2 : перемещения точек тела пропорциональны нагрузкам, вызывающим эти перемещения (тело является линейно деформируемым). Для линейно деформируемых конструкций справедлив принцип независимости действия сил (принцип суперпозиции ): результат действия группы сил не зависит от последовательности нагружения ими конструкции и равен сумме результатов действия каждой из этих сил в отдельности. В основе этого принципа лежит также предположение об обратимости процессов нагрузки и разгрузки.
