2015-05-20
687
Выгодность выбора и применения в конструкциях материалов характеризуется показателем A, выражающим их способность нести наиболее высокие нагрузки при наименьших деформациях и массе и определяемым по формуле
(8)
где σ 0,2 – предел текучести; γ – объемный вес; σ0,2 γ – фактор прочности, E γ – фактор жесткости.
Показатель A и показатели прочности и жесткости материалов в отдельности приведены в пособии. Из 11 видов конструкционных материалов 6 видов имеют одинаковый показатель , а три вида близки к нему (
. Однако многие из них не могут нести высокие нагрузки и деформируются. Поэтому выбирать материалы надо с учетом показателя
, т. е. по обобщенному показателю прочности и жесткости A (по этому показателю наилучшие данные имеют сверхпрочные стали и сплавы титана, на достаточно высоком уровне находятся также сплавы алюминия и магния). Алюминиевые и титановые сплавы, применяемые для бурильных труб, по обобщенному показателю
находятся на уровне прочных легированных сталей.
|
|
|
Но выбор материала определяется кроме указанных характеристик и технологическими требованиями. Экономически целесообразна разработка мероприятий для создания достаточно прочных и жестких изделий с использованием материалов, обладающих невысокими значениями А.
Распространенные конструктивные способы повышения жесткости без существенного увеличения массы:
1) устранение изгиба, замена растяжения сжатием (пример на рисунке 1).
Рисунок 1 - Конструкции литых кронштейнов
2) для деталей, работающих на изгиб – рациональная расстановка опор, исключение невыгодных видов приложения нагрузок (рис. 2);
Рисунок 2 – Схемы нагружения балок
Из схем нагружения, приведенных на рис. 2, при одних и тех же значениях l и Р максимальный момент в 4 раза меньше у двухопорной балки, чем у консольной, а также меньше и максимальный прогиб; а б в г 6.
3) рациональное увеличение моментов инерции (сопротивления), не сопровождаемое возрастанием массы.
Из сравнения профилей равных масс (таблица 2) следует, что при изгибе наиболее целесообразной является двутавровая форма профиля: прочность по сравнению с исходным профилем №1 увеличивается в 9–12 раз, жесткость в 40–70 раз.
Таблица 2 Прочность, жесткость и масса профилей
При равной прочности различных профилей двутавровая форма при некотором снижении массы повышает жесткость в 3–3,5 раза по сравнению с исходным профилем.
4) рациональное усиление ребрами, работающими предпочтительно на сжатие;
5) усиление участков перехода от одного сечения к другому;
6) блокирование деформаций введением поперечных и диагональных связей (подъемные и буровые вышки, основания под тяжелое оборудование)
|
|
|
7) привлечение жесткости соседних деталей;
8) для деталей коробчатого типа (различного рода крышек, колпаков, резервуаров, емкостей и т. д.) рекомендуют применение скорлупчатых, сводчатых, сферических, яйцевидных и т. п. форм;
9) для деталей типа дисков рекомендуют конические, чашечные, сферические формы, рациональное оребрение, гофрирование;
10) для деталей типа плит рекомендуют коробчатые, двустенные, ячеистые и сотовые конструкции (станины насосов, лебедок, роторов и т. д.).
Контрольные вопросы.
1. По каким критериям производят оценку материалоемкости?
2. Какие методы используют для снижения металлоемкости?
3. Что такое жесткость изделия и жесткость материала?
4. Какие методы увеличения жесткости применяют в практике конструирования?
5. Охарактеризуйте связь между жесткостью и прочностью конструкций.
Используемая литература.
1. Спицын И.А. Сельскохозяйственная техника и технологии, М. КолосС, 2006
2. Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Теория: Учеб. пос. / В.П.Бойков, В.В.Гуськов и др.; Под общ. ред. проф. В.П.Бойкова М.: НИЦ Инфра-М; Мн.: Нов. знание, 2011 543с.
3. Макушкин, Д. О. Расчет и конструирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов [Электронный ресурс]: электрон. учеб. пособие / Д. О. Макушкин, Т. С. Спирин. – Электрон. дан. (6 Мб). – Красноярск: ИПК СФУ, 2009.
