Иванов А.С. - Конструируем машины Часть 1 (1053457), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Плотность вещества р прямо пропорциональна массе атома и обратно пропорциональна кубу радиуса атома. Таким образом, наиболее легкими веществами будуг те, у которых указанное отношение меньше. На рис. 4.21 представлено это отношение для ряда элементов таблицы. Из рисунка следует, что наиболее легкими элементами являются: литий, магний, бериллий, рубидий, цезий, алюминий и титан. На том же рисунке приведены температуры плавления г элементов. Наивысшие температуры плавления имеют вольфрам, рений, осьмий, тантал, молибден, ниобий. Углерод также условно можно отнести к этой группе, так как алмаз при зз .зз 129 температуре 3750 оС и давлении 12,6 МПа (120 атм) из твердого состояния, минуя расплавленное, переходит в газообразное, а при атмосферном давлении и температуре 800 оС он становится графитом.
Чем выше температура плавления, тем ниже коэффициент линейного расширения. Следовательно, наименьшие коэффициенты линейного расширения имеют те же материалы. На том же рисунке нанесены данные о модуле упругости Е при 0 сС для некоторых элементов (подробнее о модуле упругости изложено на шаге 5). Наибольшим значением этого параметра обладают осьмий, иридий, рений, вольфрам и бериллий. Теоретическая прочность кристалла, согласно Я.И. Френкелю, близка 1/5 модуля упругости вещества, который приблизительно пропорционален температуре плавления.
Поэтому отношение температуры плавления к плотности вещества косвенно характеризует его удельную прочность. На рис. 4.2! представлен этот параметр в относительных единицах. За единицу принята удельная прочность железа с„~;/р~ = 1. Как видно, наибольшую удельную прочность имеет бериллий (большую в 4 раза, чем железо). Далее по нисходящей следуют кальций, скандийдуглерод, магний, титан, бор, итгрий, ванадий, стронций, кремний, цирконий, молибден. Кальций имеет высокую химическую активность.
Скандий и итгрий относятся к редкоземельным элементам и отличаются сложностью отделения от других элементов при переработке руд; стронций радиоактивен. Поэтому наиболее перспективно для повышения удельной прочности материала применение бериллия, углерода, магния, титана, бора, ванадия, кремния, циркония, молибдена. Если необходима как высокая удельная прочность, так и жаростойкость, то предпочтительно применение тантала, вольфрама, рения и молибдена. Высокотемпературная прочность вольфрама используется при создании сплавов для резцов.
Сплав вольфрама, хрома и кобальта — стеллит позволяет достигнугь скорости резания 45 м/мин при температуре 700 — 750 сС. В наши дни на 130 4.6А. Постановка задачи Хил(Рь) = 0; Е тд(ГД =О. !32 133 ьфрамовой основе созданы твердые сплавы для скорости сэа ~ий до 2000 м/мин, они выдерживакп темпера уру 1000 С. На ванадий обратил внимание Генри Форд в 1905 г. В сзультате исследований в своей лаборатории он отобрал 22 марки стили, из которых 10 были ванадиевые. Фордовская сталь прочности превосходила французскую. Форд говорил, что ели бы не было ванадия, не было бы и его автомобиля. Интерес к молибдену появился после того, как была разгадана тайна большой остроты самурайских мечей.
Добавка иолибдена в количестве 1,5 — 2 % в броневой лист из стали повышает прочность листа втрое. Чтобы более эффективно использовать свойства различных элементов, их добавляют в сплавы, получая на их основе керамические материалы (керметы), композиционные материалы (композиты) и др. 4.6.
Практика ковструнровання. Прочностные расчеты лебедки для пахоты на приусадебных участках Ранее на шаге 1 рассмотрена конструкция (см. рис. 1.8 и 1.11) педальной лебедки Г.И. Одегова для вспашки земли плугом и проведены некоторые расчеты, согласно которым принято: сила нажатия рабочего на педаль Г = 700 Н сила Р сопротивления почвы пахоте Г = 2100 Н, длина нажимных рычагов ! = 450 мм; диаметр барабана с(в = 300 мм. На данном шаге задача формулируется так.
Известны внешние силовые факторы и основные геометрические размеры лебе дки. Требуется на основе прочностных расчетов и расчетов лавлен ний в сопряжениях определить необходимые толщину и ширину рычагов, диаметр оси барабана, а также длину подшипников сколыкения. При расчетах приняты (рис.
4.22): средний ий диаметр храповых колес с~к = 380 мм, расстояние между "родольными балками рамы Ь = 320 мм, длина барабана ! = 125 мм. б Рис. 4.22. Педальная лебедка 4.6.2. Оиределевие толщины и ширины рычагов На рис. 4.23 изображена расчетная схема рычага лебедки и эпюра изгибающего момента М,. 1. Определение реакций Р~ и Гл в шарнирах А и В рычага. Чтобы рычаг оставался в равновесии, суммы моментов сил относительно точек А и В, согласно условию (2.5) шага 2, должны быть равны нулю следует, что 1ьг) и Мд/)4~„~, мь ьььь-ьь Ьгь,; гь,- Принимаем Ь = 35 мм. 135 134 Рис. 4.23.
Расчетная схема.рычага лебедки и эпюра изгибающего момента Из первого и второго выражения соответственно следует Гд= Х'!/(0,5 гД = 700 450/(0,5 380) = 1660 Н, Р = Г (1 — 0,5г(г)/(0,5ь(а) = 700(450 — 0,5 380)/(0,5 380) = 960 Н . 2. Вычисление величины изгибающего момента в опасном сечении (точка В): гьгд = гр (! - 0,5 ф) = 700(450 — 0,5 380) = 182000 Н.мм . 3. Расчет необходимой высоты Ь опасного сечения рычага (задаемся его материалом и'толщиной 8). Пусть материалом рычага будет стальной горячекатаный лист толщиной 8 = 10 мм из стали Ст3. Эта сталь не дефицитна и хорошо сваривается; ее предел текучести„согласно приложению П.4.2, составляет о = 200 — 240 МПа.
В расчете принимаем о = 200 МПа и коэффициент безопасности Х = 2. Так как условие прочности имеет вид где )тиз = б гг'/6 (см. приложение П.4.1), то ь Гьиьтlй,ь = б ьььььь 2/Ььь ььОЬ =33 4.6.3. Овределевие диаметра осм барабана На рис. 4.24 представлена расчетная схема оси и эпюра изгибающих моментов в вертикальной М„и горизонтальной Ьг, плоскостях. На ось действуют сила натяжения троса и сила от нажимного рычага. Рис. 4.24.
Расчетная схема оси и эпюры изгибающих моментов 1. Определение вертикальных Гс„У~~я и горизонтальных Го., Г~~г реакций на опорах С и Ю. Из условия равенства сумм моментов нулю относительно точек 17 и С в вертикальной и горизонтальной плоскостях Е гн~> Щ = О, Е тс Щ =О, Е ль~ Щ = 0 Р„= К„(Ь - 0,5 (Ь - Ь)),/Ь = = 960 [320 — 0,5(320 — 125)]/320 = (г70 Н, Тгпя = Е,~ 0,5 (Ь вЂ” 7б)/Ь = 960 .
0,5 (320 — 125)/320 = 290 Н, Гсг = Г~ = Г0,5 ЫЬ= 2100. 0,5 320/320 = 1050 Н . 2. Нахождение суммарных изгибающих моментов в точках Еи Е Принимаем 6( = 26 мм. Приеесбееиие П 4 Рне. 4.25. Разрез по осн барабана 136 = О 5(320 — 1251 767е 10507 = 121500 Н НЬ= 05 33(720 ь7н 05. 320 12307 10507- 174300 Н.„„ Вывод: наиболее нагруженное сечение — точка Е 3.
Расчет диаметра оси 61. Принимаем материал оси — горячекатаный пруток из стали 45, Ее предел текучести, согласно приложению П.4.2, составляет 65т = 320 МПа. Назначаем коэффициент безопасности Я = = 2. Тогда допускаемое напряжение составит [о] = 160 МПа. Из условия прочности [о] ~М/И~н„где И~„= 0,1 67з (см. приложение П.4.1), следует 4 ОН77(0.11 11 = Л743007(ОТ 1601 = 22.1 4.6А. Определение данны налнншннков скольжения Подшипники скольжения, на которых относительно оси вращается барабан и качаются нажимные рычаги (рис.
4.25), зто подшипники сухого трения, их сложно как смазывать, так и защищать ст загрязнения. Если использовать в контакте пару сталь — сталь, то вследствие однородности материалов работа лебедки будет сопровождаться шумом и задирами контактирующих поверхностей. Поэтому в качестве подшипников (подшипниковых втулок) лучше использовать пластмассу или брон- зу. При малой частоте вращения допустимо использовать и латунь.
Пусть подшипниковые втулки изготовлены из латуни. Тогда допускаемое напряжение в паре незакаленная сталь — латунь равно [с],„= 9 МПа. Если диаметр подшипника равен диаметру оси 62 = 26 мм, то его длина для барабана 1вд и для рычага 1н р, если считать, что каждый из ннх опирается на две опоры, составит 1 в ~ 0,5 гр777(62 [о] ) = 0,5 ° 210077(26 . 9) = 4,5 мм, !п.р ~0 5 Г4I(6([о]см) = 0,5 960/(26 9) = 2,1 мм. Таким образом, для лебедки в качестве подшипников достаточно выточить 6 втулок из бронзы внутренним диаметром 26 мм и длиной 5 — 10 мм. П.4Л.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
