Тема 2.7. Сопротивление усталости. Прочность при динамических нагрузках

Содержание учебного материала

Циклы напряжений. Усталостное разрушение, его причины и характер в деталях и узла, подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования. Кривая усталости, предел выносливости. Факторы, влияющие на величину предела выносливости. Коэффициент запаса выносливости.

Понятие о динамических нагрузках. Силы инерции при расчете на прочность. Динамическое напряжение, динамический коэффициент.

Методические указания к изучению темы

Элементы конструкций и машин часто работают при периодически меняющихся (по величине и даже по закону) напряжениях. В подобных условиях находятся, например, оси вагонов, рельсы, рессоры, поршневые штоки, валы и многие другие детали машин. При переменных напряжениях, как показывает практика и специальные исследования, прочность конструкций ниже. Чем при статических напряжениях.

Снижение прочности материала при действии на него многократно меняющихся нагрузок носит название усталости материала.

Исследование процесса разрушения от переменных напряжений показали. Что при этом в материале возникает микротрещина, которая постепенно проникает вглубь изделия. Переменные напряжения способствуют быстрому развитию трещины, так как во время работы края его сближаются, то расходятся. По мере развития трещин усталости поперечное сечение ослабляется все сильнее и в некоторый момент ослабление достигает такой величины. Что случайный толчок или удар вызывает мгновенное хрупкое разрушение.

Здесь следует обратить внимание на то, что обычно расчеты на усталость проводятся не как проектные (определение размеров сечения детали), а как проверочные. Объясняется это тем, что допускаемое напряжение не может быть установлено заранее достаточно точно, так как зависит не только от материала детали, но и от ряда ее конструктивных особенностей (размеров, качества обработки поверхности, наличияконцентратов напряжений).

Вопросы для самоконтроля

1.Как называется механическая характеристика материала, определяющая его сопротивление переменным напряжениям?

2. Какой цикл изменения напряжений с точки зрения прочности более опасен: симметричный или от нулевой?

3.Что такое концентрация напряжений?

4. Какие факторы влияют на снижение предела выносливости?

5. Как определяется коэффициент запаса прочности вала, работающего на изгиб с кручением при переменных напряжениях?

Вопросы для самоконтроля

Тема 2.8. Устойчивость сжатых стержней

Содержание учебного материала

Критическая сила, критическое напряжение, гибкость. Формула Эйлера. Формула Ясинского. Критерии стержней в зависимости от гибкости.

Методические указания к изучению темы

Необходимо обратить особое внимание на пределы применимости формулы Эйлера; следует четко представлять себе , что при расчетах на устойчивость в отличии от расчетов на прочность предельное напряжение(здесь критическое напряжение) зависит не только от материала бруса, но и от его геометрических размеров, формы сечения, а также от способа закрепления концов стержня. Наибольшее значение центрально приложенной сжимающей силы, до достижения которого прямолинейная форма равновесия стержня является устойчивой, называют критической силой. При сжимающей силе меньше критической стержень работает на сжатие; при силе, превышающей критическую, стержень работает на совместное действие сжатия и изгиба. Даже при небольшом превышении сжимающей нагрузкой критического значения прогибы стержня нарастают чрезвычайно быстро, и стержень или разрушается в буквальном смысле слова, или получаетнедопустимо большие деформации, выводящие конструкцию из строя. Поэтому с точки зрения практических расчетов критическая сила должна рассматриваться как разрушающая нагрузка.

Вопросы для самоконтроля

1. На примере сжатого стержня объясните явление потери устойчивости.

2. Что такое критическая сила?

3. Что такое гибкость стержня и предельная гибкость материала? От каких фак­торов они зависят?

4. Какое сечение стержня (сплошное или кольцевое) более рационально с точки зрения устойчивости и почему?

Раздел 3. Детали машин

Тема 3.1. Основные понятия и определения

Содержание учебного материала

Цели и задачи курса «Детали машин». Машины и механизмы. Современные направления в развитии машиностроения. Основные задачи научно-технического прогресса в машиностроении. Требования, предъявляемые к машинам и их деталям.

Методические указания к изучению темы

При изучении темы обратите внимание на классификацию машин по назначению вопросов стандартизации и сис­темы документации. Изучая критерии работоспособности и расчета дета­лей машин, следует уяснить, что эти расчеты имеют ряд особенностей. В частности, широко используются эмпирические зависимости и формулы, являющиеся результа­том обобщения опыта проектирования и расчета деталей машин.

Проектирование требует всестороннего анализа поставленной задачи, учета ряда специфических факторов и условий работы детали, узла, машины. Окончательные раз­меры деталей машины определяются не только расчетами, но и требованиями стан­дартов, принятой технологией производства, условиями эксплуатации и техникой безопасности.

Вопросы для самоконтроля

1.Какая разница между машиной и механизмом?

2.Как классифицируются машины по их назначению?

3.Какие детали называются деталями общего назначения?

4. Каковы условия, определяющие рациональность конструкции машин и ее узлов?

5.Какое значение взаимозаменяемости и стандартизации в машиностроении?

6. Что обозначает унификация деталей и сборочных единиц и каково ее значение в машиностроении?

7. Каковы основные критерии работоспособности и расчета деталей машин?