Шпаргалка по "Металлургии"

1.Основными  критериями работоспособ. д.м. явл:

Прочность, жёсткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.

При конструирование  д.м. расчёт ведут обычно по одному или  двум критериям, остальные критерии удовлетворяются заведомо или не имеют практического значения рассматриваемой детали

Прочность –  критерии работоспособности и расчёта  деталей машин.

Прочность – способность детали сопротивляться разрушению, гар-ся длительная и надеж раб детали.

Прочность оценивается нескольким способами:

а) по доп. напряжению

σ<=[σ]    τ<=[τ]    σ_экв<=[σ]

б) по коэф. запаса прочности

S_σ=σ_пред/σ >=[S]_σ     S_τ=τ_пред/τ >=[S]_τ

 в) по вероятности  безотказной работы

Жёсткость

Способность детали сопротивляться изменению  формы под действием приложенных  нагрузок

f<=[f]  φ<=[φ]

f и [f]  прогибы и доп прогибы

φ и [φ] углы поворота и доп углы поворота

Понятие критерии жёсткости  входят устойчивость – критерий работоспособности  длинных и тонких стержней, а также  тонких пластин подвергающихся сжатию продольными силами и оболочек испытывающих внешнее давление

Износостойкость

Сопротивление д.м. изнашиванию. Изнашивание – разрушение поверхностных  слоёв при трении;  уменьшение размеров сечения, изменение состояние  поверхности.

Виды:

1 механическая – основным  является абразивная

2 малекулярно-механическая – изнашивание при схватывании которое происходит в следствии малек сил взаимодействии трущихся поверхностей с незначительной твёрдостью

3 Коррозионно-механический  – при котором мех изнашивания сопровождается хим и электрохим взаим-ем материала со средой

4 Коррозионно-механическая  при котором изнашивание пов-тей  происходит под действием быстродвижущихся  окружающих сред.

Меры уменьшения изнашивания: хорошая смазываемость, увел твёрдости  поверхности, правильно выбор материала  трущейся пары

Теплостойкость-при нагрев стальных деталей при t=300-400С, а дет цвет мет-лов 100-150С снижаются их мех св-ва, возникает явл ползучести.

Виброустойчивость- способность оказывать сопротивление вибрациям, т. е. периодическим колебаниям большой скорости. Может вызывать дополн перенапряж, а в случае резонанса-усталостные разрушения деталей.

2. Виды расчетов  на прочность д.м.

σ≤[σ]-условие прочности, N/A≤[σ]. 1.Проверочный расчет- в фор-ле N/A≤[σ] дано N,A,[σ] треб проверить выполняемость ф-лы, если выполн, то грят, что прочность обеспечена, если не выполн, то проч не обеспечена и надо изменить одну из величин. 2.Проектный расчет- в фор-ле N/A≤[σ]  дано N,[σ], треб-ся опред миним возмож А, решение-A≥N/[σ]. 3. Расчет на несущую способность. В фор-ле N/A≤[σ] дано-А,[σ] , треб определить максим возможную N, решение- N≤А[σ]. 4. Подбор материала конструкции. В фор-ле N/A≤[σ] даноN,A, треб опред материал. Решение-1 шаг[σ]≥N/A, 2 шаг задается коэф запаса, в зависимости от степени ответ. детали и опред мех-кими св-ми материала, σт= [σ]nт, σв=[σ]nв, 3 шаг по табл мех св-в находим материал со значениямиσт и σв близкими к рассчитанным.

 3.Понятие проектного и провер. расчета

Проектный расчет на прочность- явл приближенным, на этом этапе опред основные размеры детали, которые затем провер-ся и уточняются в провер. расчете. σ≤[σ], где σ-действ напряжение, [σ]-допуск. напряж, σ=f(размер попер сечения). Поэтому из ф-лы σ≤[σ] при заданном допуске напряж можно найти размеры детали.

Проверочный расчет на прочность- в случае выполнения провер условия найденный параметр детали принемается как окончательный. n≥[n], где n-коэф запаса, [n]-допуск-ый коэф запаса, учитывает влияние на дет многих факторов и представ. в виде [n]= [n1]∙[n2]∙[n3], где[n1]=1÷1.5-отражает достоверность расчетных нагрузок и напряжений. [n2]=1.2÷2.5- учитывает однород мех-ких св-в материала. [n3]=1÷1.5- учитывает специф требования безопасности.

4. Виды материалов, используемых для изготовления  д.м.

1. Сталь-сплав Fe и С, где С не более 2%, стали различ 1.по применению: строит, конструк, стали со спец св-ми,2.по хим составу- углеродистые, легированные, 3. по качеству произ-ва: обыкн качества, качественные, высококачественные. Для изгот деталей сталь использ в различной форме: в виде отлива, в виде сортамента(круг, квадрат). Для повышения мех-ких св-в сталь подвергают термич обработке(виды: отжиг+нормализация; Закалка+ отпуск, где закалка-остывание с повыш-ым υ, при кот формир. тв. повер. слой.отпуск-незначительный нагрев, приводящий к снятию внутр. напряжения) или химико-терм обработке(испол для улучшения поверх. слоев детали, делятся на цементацию(насыщ углерод); цианирование(С и N); азотирование(N) Эти процессы проводятся при повыш t).

2. Чугун- сплав Fe и С, где С более 2%. Использ в отливках, т.к. облад хорошей тягучестью. Это хрупкий материал, поэтому металл из чугуна нельзя использ в случае наличия повыш. деформации.

3. Сплавы цвет металлов: 1. сплавы меди(бронза и латунь), 2. легкие сплавы (сплавы на основе Al,Mg,Ti), хорошо испол в строит авиац промышленности, тк они облад наивысш удельной прочностью.

4. Спеченные материалы. детали изготав из порошковых материалов по технологии-1.получ метал порошка, 2.спрессовывание порошка в форме получ сырой детали, 3. спекание сырой делали. В такой дет. остаются поры, поэтому эта технология для получения фильтров.

5. Композитные метал. детали: представ собой композиции из высокопрочных волокон (B,C,W основы мягких материалов Al,Cu)

6. Пластмассы: позвол сущ-но облегчить вес конструкции.

7. Дерево

5. Понятие привода мех оборудования, передачи, их типы, причины использов.

Привод механического  оборудования-

Передачи- устройства передающие энергию от двигателя к раб органам машины, как правило с преобраз. скоростей моментов, направлений, иногда видов законов дв-я. На практике часто невозм соед выход. вал двигателя и входной вал машины из-за необход. иметь на валу машины: 1.другую скорость по сравн с двиг-лем, 2. желание иметь на валу машины набор скоростей, 3. невозмож-ть соед-ия вала двиг-ля и вала в случае если они не имеют общей оси. Кроме того. иногда вращ-ое движ. двиг-ля необход прообраз в наступ-ое движ-ие вала машин. Предачи различают на передачи трения (фрекционные и ременные), зацепления (зубчатые, червячные, цепные, винт-гайка), гидравлические, пневматические. По взаимному расположению передачи бывают непосредственного контакта и гибкой связи. Плоские передачи- если оси звеньев параллельны, если оси пересекаются, то это пространственные передачи. Это устойство используется для передачи энергии от ведущего вала к ведомому.

6. Основные  хар-ки передач

Основная хар-ка передачи это угловые скорости (или число  оборотов) ведущего или ведомого валов.

w1-угл скорость ведущ вала,

n1-число оборотов ведущ вала,

w2- угл скорость ведомого вала,

n2- число оборотов ведомого вала,

N1-мощность на ведущем валу,

N2-мощность на ведомом валу,

η=N2/N1-кпд передачи; u=w1/w2-передаточное число, если u>1, w1>w2-понижающая передача, если u<1, w1<w2- повышающая передача, если u=1-то передача прямая. Для пониж передачи диаметр ведомого колеса должен быть больше ведущего и наоборот. Момент на вед колесе M1=P∙d1/2, на ведомом- M2=P∙d2/2. Если в месте контакта колес отсутствует проскальзывание, то  Р=M1/d1/2 и Р=M2/d2/2→d1/d2=M1/M2, т.е. соотнош моментов=соотнош их диаметров. Если нет проскальзования в зоне контакта колес, то v1=v2( т.к. v1=w1∙d1/2, v2= w2∙d2/2)→w1/w2=d2/d1. Передаточное соотношение и обратно пропорциональное соотнош. диаметров и моментов u=d2/d1=M2/M1.

7. Зубчатые  зацепления, их виды.

Зацепления зубчатые относятся к передачам (подвижным соединениям) и передают движение от двигателя к исполнительным механизмам. К составным частям зубчатых передач относятся зубчатые колеса (цилиндрические, конические), червяки, рейки.

Если отнош угл скор-ти в зуб передачах const, то значит ее образуют круг цилинд. колеса, если u≠const, то ее образуют не круг цилиндр. колеса, элептич. и др. Неприрывность вращ-ия зуб колес осущ-ся под дейст давления боковой пов-ти зуба ведущ колеса на соприкосающийся с ней бок. пов-тью зуба ведом. колеса. При этом до выхода из зацепл 1-ой пары зубьев в зацепление входит 2-ая пара зубьев. Зуб зацепления могут быть внешними и внутренними. Термин зуб колесо- явл. общим, но принято меньшее по диаметру кол наз-шестерня, а большее-колесо.

8. Зубчатые  зацепления, их преимущества и недостатки

Зацепления зубчатые относятся к передачам (подвижным соединениям) и передают движение от двигателя к исполнительным механизмам.

Преимущества- 1.компактность, 2. высокий КПД, 3. большая долговечность и надежность в работе. Недостатки- 1. шум при работе с большими скоростями,2. высокие требования к точности изготов и монтажа, 3. невозможность осущ-ия бесступенчатого изменения передачного числа. Основ. материал для изгот зуб. колес: сталь, чугун, пластмасса. Так как шестерня имеет большую угл. скор, то ее зубья чаще входят в зацеп-ие, чем у колеса. Следовательно они дожны быть более прочными, чем у колеса. Твердость зубьев шестерни в 1.1÷1.4 раза выше, чем у колеса. Для того чтобы добиться разного уровня мех. св-в зубьев шестерни и колеса их подвергают термич обработкам и химтермич обработкам. Основной задачей яв-ся достижение того, чтобы шестерня и колесо выходили из строя примерно одновременно, в этом случае затраты на ремонт будут min.

 9. Геометрич параметры зубчатых зацеп

Профиль зуба выпол в виде эквив кривой. Эквивалента- это кривая, кот описывает люб т. прямой, огибающая без проскальз. окр-ть  произвольной R.(рис1) Окруж наз-ся основной, тк на ней формир профиль зуба.(рис 2) dв1-диам основ окр-ти ведущего колеса, dв2-диам ведом колеса,dw1-диам начальной окр ведущ колеса, dw2-диам начальной окр ведомого колеса. Начальные окруж- мнимые окр-ти кот описывают кинематику вращ-ия реальных зуб колес. Делит зуб на 2 части: головку и ножку.(рис.3). расстояние между 2-мя одноимен точками 2-х соседних зубьев измеренных по нач. окр-ти наз-шагом зацепления, кот делится на толщину зубы и ширину впадины. Для обеспечения нормального зацеп зуб.колес необходимо чтобы pw1=pw2, т.е. шаг верхнего колеса равен шагу зацепления ниж колеса. Sw=lw=Pw/2, те толщ зуба и ширина впадины одинаковы. На практике в качестве основного парам зуб. зацепл. использ. модуль зацепления-по нему проводится стандартизация зуб-ых колес.  Для конич колес все геометр парам изменяются от min до max, т.о. в расчетах необход использовать или сложные ф-лы для учета этого изменения или более просты ф-лы, основанные на среднем значении всех  геомет парам-ов (рис 4).

10. Силы, действующие  в зубчатом зацеплении

11. Построение  расчетной схемы по силам, дейст-щим в зубчатом зацеплении

12. Валы, область  их применения, конструктивные особенности

Валы предназ для  передачи крутящего момента и  поддержания вращ деталей. Они постоянно  наход-ся во вращ-ом движ-ии, их опорами  служат подшипники. Как правило валы подвергаются 2-м видам нагружения: изгибу и кручению. иногда при расчете на прочность валов учитывают растягивающие или сжим-щие напряжения. По геом форме бывают прямые, коленчатые и гибкие. иногда бывают полыми,они имеют меньший вес, но сложны в изготовлении. Уступы на валах наз-ся заплечиками, кот служат для восприятия осевых сил и фиксации положения детали на валу. Если соседние участки вала имеют одинак диаметр, то для образования заплеч. предусматривается буртик. Иногда буртик выпол-ют в виде кольца и насаж. на вал в нагр. сост-ии, после охлаж. кольцо плотно садится на вал. Для снижения концентр. напряжения делают плавный переход от одного сечения до другого, там где это возможно. Плавное сопряжение наз. голтелью. Чтобы облегчить установку на вал деталей и избежать травм. рук на торцах валов должны быть фаски, сним под углом 45С. Основным Крит работоспособности яв-ся прочность. Нагрузки кот дейст. на вал выз у них следующие мех. напряжения: 1. напряж постоянные по величине и направлению,2. напряж меняющ-ся по симметр. циклу(во вращ валах напряж от изгиба), 3. напряж меняющ-ся по пульсир-му циклу(во вращ валах напряж от кручения).

13. Расчет валов  на прочность. Проектный расчет  валов

14. Расчет валов на  прочность. Проверочный расчет  валов

Проверочные расчет вала выполняется после разработки конструкции механизма, когда ухе известны продольные размеры вала в диаметры всех его сечений. В проверочной расчете иожно выделить несколько этапов.

1. Составление конструктивной  схемы вала. Состоит в эскизном oтображении вала и установленных на нем деталей с указанием размеров, необходимых для проверочного расчета.

2. Определение сил,  действующих на вал от зубчатых  и червячных зацеплений.

3. Составление расчетной  схемы и определение опорных  реакций. Расчетная схема вала зависит от типа подшипников, на которых он установлен, и от крепления подшипников в корпусе.

4. Построение эпюр  нормальной силы N, изгибающих моментов Mz и My и крутящего момента Мк. Эпюры строятся известными методами  сопротивления материалов.

5. Проверка прочности  вала в расчетных сечениях. Обычно  вал имеет несколько участков  с различными наружными диаметрами. На некоторых участках выполнены  уступы, канавки, шпоночные паза, отверстия, шлицы или резьба, являющиеся  концентраторами напряжений. В качестве расчетных выбирают одно или несколько сечений, в которых наряду с концентрацией напряжений можно предположить высокие номинальные расчетные напряжения, основываясь на эпюрах Мz, Му и Мк.

15. Напряжение  при циклическом хар-ре нагружения

В ряде случаев напряжение в конструкциях изменяются с теч времени по знаку и по величине, это приводит к существ. изменению прочности материалов. Например вагонная ось имеет наибольш напряжение на поверхностных валокнах, при движении вагона вагонная ось будет вращ, следовательно, т.М бедет совершать круговое движ вместе с осью. график изменения напряж можно представить в след виде(рис 1). Такое изменение напряжений наз-ся циклическим. Для т.М цикл носит симметрич. хар-р, т.к. max и min значения равны.

Общий вид цикла(рис2).

σmax=σm+σa

σmin=σm-σa

R=σmin/σmax

(все выделено скобкой)  эта система из 3-х уравнений  с 5-ю неизвест. они наз-ся парам-ми  цикла, R-коэф ассиметрии цикла. Поэтому только 2 парам явл-ся независимыми, а остальные опред из этой системы

16. Виды циклов напряжений, их парам

Симметричный

От нулевой

Знакопеременный

Знакопостоянный

17. Явление  усталости и его причины

Процесс постепенного накопления повреждений материалов при действии переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушений. Практика использ. деталей на которые действ. переменные циклические напряжения показывает, что они разрушаются при уровне напряжений значительно меньших, чем предел прочности для обычного нагружения. Причиной этого явл-ия является наличие в ней дефектов, микротрещин. В случае действий переменных напряжений дефекты и микротрещины образуют микродефекты и микротрещины, объединяются, и это приводит к преждевременному разрушению.

Усталостью называется разрушение конструкции под действием циклических нагрузок. Когда деталь изгибается то в одну, то в другую сторону, ее поверхности поочередно подвергаются то сжатию, то растяжению. При достаточно большом числе циклов нагружения разрушение могут вызывать напряжения, значительно более низкие, чем те, при которых происходит разрушение в случае однократного нагружения.

18. Понятие  предела выносливости

Выносливость-способность  материала воспринимать многократные действия переменных напряжений не разрушаясь. Проверка на прочность при действии переменных напряжений наз-ся расчетом на выносливость или усталостную  прочность.

19. Экспериментальное  определение предела выносливости

Берем серию из n образцов и начинаем их нагружать, например симметрич. циклом. Для определенности будем подвергать образец растяжению-сжатию. 1 испытание: растянем перв образец до предела прочности, при этом он разрушится, зафиксируем число циклов до его разрушения σ1(max напр)=σ, N1=0(число циклов до разрушения. 2 испытание: второй образец нагружаем меньше, чем σ1, σ2<σ1, N2>N1 разруш. 3 испытание: σ3<σ2, N3>N2 и т.д.

Рис1.

σR-предел выносливости. На практике за бескон. число циклов 10^7. Для углерод стали σ1=0.43σn2. То есть такие кострукции выдерживают перемен напряж нагрузки почти в 2 раза меньше, чем при постоянной σ. Предел выносливости даже для одного цикла по получ. в разных видах опыта могут сильно различаться, поэтому при использ. конкрет. значений предел выносливости необходимо учитывать  вид нагружения при котором работает деталь.

20. Факторы,  влияющие на предел выносливости

Опытным путем установлено, что на предел выносл. влияют след. факторы:

1.форма детали(σRk=σR/Kσ, Kσ>1-коэф. учитыв. сложность формы детали)

2. размеры (σRm=σR/βm, где βm>1, βm- коэф учит. различия в размерах деталей и эталона)

3. чистота поверхности  детали(σRn=σR/βn, где βn>1-коэф учитыв.состояние повер детали. Чем более грубая поверхность детали, тем ниже ее предел выносливости). Эталон-цилиндрический образец, d=7,10 мм с полиров поверхностью. Измеряется его предел выносл. и считается, что это предел выносл. данного материала. Опытом установлено, что чем сильнее форма детали отлич. от эталона, тем ниже ее предел выносливости. Опытным путем получено, что совместное влияние всех факторов опис общим коэф. по формуле: Кσдет=Кσβмβn, где Кσдет- коэф изменяющий предел выносл эталона для детали в случае наличия всех 3-х факторов. σRдет=σR/Kσдет

21. Понятие  сложного сопротивления, его виды

Простые виды нагружения: 1.Растяжение-сжатие, 2.Изгиб, 3. Кручение. Любая комбинация из 2-х и более  простых видов нагружения наз-ся сложным нагружением или сложным  сопротивлением. Сложные сопротивления бывают:1. Растяжение-сжатие + изгиб, 2.Изгиб + кручение, 3.Растяжение-сжатие + кручение, 4. Растяжение-сжатие + кручение + изгиб. Исследование сложных сопрот основано на использ.  принципа независимости действия сил (гипотеза аддетивности), REZ(ΣFi)=Σ(RaFi), т.о. чтобы решить задачу о слож. сопротив. необходимо рассм.по отдельности простые нагружения, кот составляют сложное, а рез-ты сложить- сложение зависит от эксперим теории, которая используется для данного рода материала.

22. Понятие  опасного сечения при сложном  сопротивлении- сечения, в котором возникают самые максимальные напряжения.

29. Виды подшипников,  необходимости их использования

Подшипники  скольжения-это опора или направляющая механизма или машины, в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей, используются в основном в области аппаратных роликов и роликов транспортного оборудования, на объектах, не требующих постоянных передвижений и передвигающихся лишь на низких скоростях.

Подшипники  качения - это опора вращающейся части механизма или машины, работающая в условиях преобладающего трения качения, обычно состоящая из внутреннего и наружного колец, тел качения и сепаратора, разделяющего тела качения и направляющего их движение. Такие подшипники отличаются большим числом тел качения, а следовательно, и большей грузоподъёмностью;

предельная частота  вращения бессепараторных подшипников  ниже из-за повышенных моментов трения.

Шарнирные подшипники - это подшипники скольжения, внутренние и наружные кольца которых имеют поверхности скольжения сферической формы.

Подшипники шарнирные - предназначены для передачи радиальных, осевых и комбинированных нагрузок в подвижных или неподвижных соединениях машин и механизмов.

Подшипник игольчатый - это роликовый подшипник с цилиндрическими роликами  малого диаметра, которые при этом имеют значительную длину по отношению к их диаметру. Такие ролики называют игольчатыми роликами.

Подшипники игольчатые несмотря на малое поперечное сечение, имеет высокие показатели грузоподъемности и за счет этого очень подходят для систем подшипников, имеющих ограниченное место в радиальном направлении.

Шариковые подшипники предназначены для восприятия радиальных нагрузок, но могут воспринимать и осевые нагрузки в двух направлениях, особенно приувеличенных радиальных зазорах. Выпускаются подшипники как с нормальной группой (рядом) зазора, так и с уменьшенными и увеличенными зазорами.

Подшипники шариковые  фиксируют положение вала относительно корпуса в двух осевых направлениях

Роликовые конические подшипники - предназначены для восприятия одновременно действующих радиальных и осевых нагрузок. Допустимая частота вращения значительно ниже, чем у подшипников с короткими цилиндрическими роликами, а способность к восприятию осевой нагрузки определяется углом конусности " наружного кольца. С увеличением угла конусности осевая грузоподъемность возрастает при уменьшении радиальной

Конические  подшипники - представляют собой максимально компактные упорные конические роликоподшипники двойного направления. Предназначены подшипники конические для облегчения обработки две половинки внутреннего кольца удерживаются вместе винтами. Кроме того, у всех крупногабаритных подшипников на одной из поверхностей наружного кольца имеются три резьбовых отверстия под рым-болты, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга.

Сферические подшипники изготавливаются с цилиндрическим или коническим отверстием. Сферические роликоподшипники с коническим отверстием фиксируются на валу преимущественно закрепительными или стяжными втулками

27. Мех-кие свойства  материалов, их основные параметры

Когда на образец  действует сила или система сил, он реагирует на это, изменяя свою форму (деформируется). Различные характеристики, которыми определяются поведение и конечное состояние образца в зависимости от вида и интенсивности сил, называются механическими свойствами материала. Интенсивность силы, действующей на образец, называется напряжением и измеряется как полная сила, отнесенная к площади, на которую она действует. Под деформацией понимается относительное изменение размеров образца, вызванное приложенными напряжениями.

совокупность показателей, характеризующих сопротивление  материала воз действующей на него нагрузке, его способность деформироваться  при этом, а также особенности его поведения в процессе разрушения. Эти свойства измеряют напряжениями, деформациями, удельной работой деформации и разрушения, скоростью развития процесса разрушения при статической или повторной. Мех. св-ва материалов определяются при механических испытаниях образцов различной формы.  

 В общем случае  материалы в конструкциях могут  подвергаться самым различным  по характеру нагрузкам: растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез и  т. д. или подвергаться совместному  действию нескольких видов нагрузки, например растяжению и изгибу. Также разнообразны условия эксплуатации материалов и по температуре, окружающей среде, скорости приложения нагрузки и закону её изменения во времени

28. Понятие  допускаемого напряжения, его экперим.  определение

Допускаемое напряжение – это значение напряжения, которое считается предельно приемлемым при вычислении размеров поперечного сечения элемента, рассчитываемого на заданную нагрузку. Можно говорить о допускаемых напряжениях растяжения, сжатия и сдвига. Допускаемые напряжения либо предписываются компетентной инстанцией, либо выбираются конструктором, хорошо знающим свойства материала и условия его применения. Допускаемым напряжением ограничивается максимальное рабочее напряжение конструкции.

При проектировании конструкций ставится цель создать конструкцию, которая, будучи надежной, в то же время была бы предельно легкой и экономной. Надежность обеспечивается тем, что каждому элементу придают такие размеры, при которых максимальное рабочее напряжение в нем будет в определенной степени меньше напряжения, вызывающего потерю прочности этим элементом. Потеря прочности не обязательно означает разрушение. Машина или строительная конструкция считается отказавшей, когда она не может удовлетворительно выполнять свою функцию. Деталь из пластичного материала, как правило, теряет прочность, когда напряжение в ней достигает предела текучести, так как при этом из-за слишком большой деформации детали машина или конструкция перестает соответствовать своему назначению. Если же деталь выполнена из хрупкого материала, то она почти не деформируется, и потеря ею прочности совпадает с ее разрушением.