Прочность и жесткость деталей.
Жесткость – это способность системы сопротивляться действию внешних нагрузок с наименьшими деформациями (перемещениями).
Для машиностроения : жесткость – это способность системы сопротивляться действию внешних нагрузок с деформациями (перемещениями), допустимыми без нарушения работоспособности системы.
Вопрос повышения жесткости особенно актуален в связи с применением высокопрочных материалов, элементы из которых резко увеличивают деформативность конструкций.
Определить величину деформаций расчетными методами можно лишь при простых видах нагружения [ растяжение (сжатие), сдвиг (кручение), изгиб ] методами СМ иТУ.
В большинстве случаев приходится иметь дело с элементами конструкций, жесткость которых не поддаётся расчету : их сечения определяются технологией изготовления (например , литьё , прокат) или имеют сложную конфигурацию (корпусные детали).
Здесь применяются моделирование , эксперимент (испытания) , опыт и интуиция конструктора.
П. И. Орлов “ОК” отмечает : “... конструкции, разработанные начинающим конструктором, обычно “страдают” недостатком жесткости”.
Жесткость конструкции определяют следующие факторы :
Е (растяжение-сжатие, изгиб) ; G (сдвиг, кручение) ;
геометрические характеристики сечения (A,J(W),Jk(Wk));
линейные размеры : длина L ;
вид нагружения , тип (жесткость) опор.
Факторы, влияющие на жесткость, можно объединить в обобщенном удельном показателе жесткости
|
|
|
Таким образом , этот показатель объединяет характеристики прочности и жесткости и характеризует способность материалов воспринимать высокие нагрузки при наименьших деформациях, и наиболее полно оценивает выгодность материалов по массе.
Значения nl для основных конструкционных (металлических) материалов можно представить диаграммой
Мы знаем , что на практике , выбор материала , определяется не только прочностно-жесткостными характеристиками , но и технологическими и эксплуатационными свойствами.
Поэтому преимущественное значение в обеспечении прочности и жесткости (при минимальной возможной массе) имеют конструктивные меры (способы).
Конструктивные способы повышения жесткости без существенного увеличения массы —
устранение изгиба , замена его растяжением или сжатием ;
для элементов конструкций, работающих на изгиб, –рациональная схема опор ; увеличение J(W)
усиление рёбрами, работающими предпочтительно на сжатие;
усиление опор, затяжка опор (опорных сечений) и участков перехода от одного сечения к другому
блокирование деформаций (перемещений) введением поперечных и диагональных связей (фермы, рамы, расчалочные конструкции) ;
|
|
|
привлечение жесткости смежных деталей ;
для деталей коробчатого типа (базовые детали – станины) – применение скорлупных , сводчатых , сферических и т.п. форм ;
для деталей типа дисков – применение конических, чашечных, сферических форм ; рациональное оребрение, гофрирование ;
для деталей типа плит – арочные, коробчатые, ячеистые и сотовые конструкции.
Рассмотрим несколько примеров увеличения жесткости конструкций .
1. Сравним конструкции литых кронштейнов. Балочный кронштейн (рис. 68,I) под воздействием внешних сил подвергается изгибу. Как известно, в случае изгиба нагружены преимущественно крайние волокна сечения. Предел нагружения наступает, когда напряжения в них достигают опасных значений, в то время как сердцевина остается недогруженной. Кронштейн ферменного типа (рис. 68, II) несколько более жесток, чем предыдущий, но так как верхний горизонтальный стержень его для ограничения деформации не используется, то по жесткости он значительно уступает раскосному кронштейну (рис. 68, III). В этом кронштейне условия работы стержней видоизменены, они работают преимущественно на растяжение — сжатие. При растяжении — сжатии напряжения одинаковы по всему сечению; материал используется полностью. Кроме того, при растяжении — сжатии величина нагрузки не зависит от длины детали, что имеет место в случае изгиба. Конструкция становится еще более прочной и жесткой, если стержни кронштейна соединить сплошной перемычкой (рис. 68, IV).
|
|
|
Рис. 69
2.На примере клеммового соединения видно, что в первой конструкции (рис. 69, I) ушки клеммы при затяжке болтового соединения будут сгибаться, поэтому силовая затяжка невозможна. Если немного изменить конструкцию: усилить клемму, приблизить стяжной болт к валу — станет возможна силовая затяжка (рис. 69, II). Это означает резкое повышение жесткости конструкции.
4. Наибольшей продуманности с точки зрения обеспечения высокой жесткости требуют оболочковые конструкции (например, самолеты, ракеты и т. д.). Увеличение габаритов и уменьшение толщины стенок в них выдвигают на первый план задачу повышения радиальной жесткости и предупреждения потери устойчивости конструкций под действием нагрузок. Для придания деталям высокой жесткости применяют ребра различной конструктивной разновидности.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 372; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!