Mechanikos teorija su pavyzdžiais

Įvadas Mašinų elementai - techninė disciplina, kurioje nagrinėjami metodai, taisyklės, normos tipinių detalių skaičiavimui ir konstravimui. Pagal standartus yra tokio dirbinių rūšys: detalė, surinkimo vienetas, kompleksas ir komplektas. Detalė - dirbinys pagamintas iš vienos medžiagos be surinkimo ir montavimo operacijų. Detalėmis taip pat yra: gaminiai padengti apsauginėmis ir dekoratyvinėmis dangomis, nepriklausomai nuo dangos rūšies, storio ir paskirties (chromuotas sraigtas ir pan.); gaminiai gauti taikant vietines sujungimo operacijas (suvirinimą, litavimą, klijavimą ir t.t., pvz., vamzdelis sulituotas iš vieno skardos gabalo). Surinkimo vienetai sudaryti iš keleto detalių sujungtų surinkimo operacijomis. Dvi ar daugiau specializuotų dirbinių, nesurinktų surinkimo operacijomis, bet skirtų atlikti tarpusavyje susijusias funkcijas vadinama kompleksu. Pvz., srovinė linija, gręžimo įrenginys. Du ar daugiau dirbinių nesurinktų surinkimo operacijomis ir esantys kaip pagalbinio pobūdžio rinkinys vadinamas komplektu. Pvz., atsarginių detalių, įrankių komplektai. Mašinų gamyboje yra daug įvairiausių detalių. Jas galima suskirstyti į dvi grupes: bendros paskirties detalės. Sutinkamos įvairiose mašinose ir įrengimuose (varžtai, guoliai, krumpliaračiai); specialios paskirties detalės. Sutinkamos tik atskirose mašinose (stūmokliai, alkūniniai velenai ir pan.). 1. Mašinų detalių medžiagos ir jų parinkimas Mašinų elementų gamybai naudojamos labai įvairios medžiagos. Plačiausiai naudojami juodieji metalai: plienas ir ketus. Spalvoti metalai dažniausiai naudojami kaip lydinių dalys. Plačiai naudojamos metalokeramikinės medžiagos, plastmasės. Priklausomai nuo mašinos paskirties ir darbo sąlygų, detalėms atliekančioms tą patį darbą gali būti keliami skirtingi reikalavimai (skiriasi detalių darbo greičiai, gabaritai, išvaizda). Todėl parenkant medžiagą būtina žinoti mašinų paskirtį, darbo sąlygas, naudojamų medžiagų mechanines savybes. Pasirenkant medžiagą vadovaujamasi šiomis rekomendacijomis: • eksploatacija - medžiagos privalo užtikrinti darbo sąlygas mašinoje; • technologiškumas - medžiaga turi tenkinti minimalią darbo imlumo sąlygą (pjovimo greičiai, suvirinamumas, apdirbimas kalimu, spaudimu ir t.t.); • ekonomiškumas - medžiaga turi tenkinti savikainos sąlygą. 2. Leistinųjų įtempimų parinkimo metodika Leistinieji įtempimai - tai maksimalus įtempimai, kuriuos pasiekus detalės stiprumas dar yra užtikrintas. Konstruojant detalę leistinieji įtempimai parenkami pagal sąlygą: arba σrib ir τrib – ribiniai itempimai, sadm – leistinasis atsargos koeficientas. Leistinasis įtempimų atsargos koeficientas nustatomas diferencialiniu būdu iš atskirų koeficientų: Sadm = S1 S2S3S4. čia S1 - įvertina medžiagos stiprumo atsargą; S2 - įvertina medžiagos bandymų būdo tikslumą; S3 - įvertina skaičiavimo schemos ir apkrovų nustatymo tikslumą; S4 - įvertina gamybos ir surinkimo technologijų paklaidas. Leistinieji įtempimai parenkami pagal medžiagą, deformacijų rūšį apkrovimo būdą iš lentelių. 3. Pagrindiniai mašinų detalių skaičiavimo ir darbingumo kriterijai Detalių konstrukcijos tobulumas įvertinamas darbingumu ir ekonomiškumu. Darbingumas įvertina kad detalė atliktų savo funkcijas be gedimų tam tikrą laiką. Ekonomiškumas įvertina medžiagos išlaidas. Detalių darbingumas nusakomas patikimumu, stiprumu, standumu, atsparumu dilimui, kaitrai ir vibracijoms .Vieno tam tikro kriterijaus reikšmė detalei priklauso nuo darbo sąlygų. Projektuojant detales jų darbingumas pasiekiamas parenkant medžiagą ir paskaičiuojant matmenis pagal pagrindinį konkrečios detalės darbingumo kriterijų. Patikimumas - mechanizmo sugebėjimas atlikti jam skirtas funkcijas iš anksto numatytą laiko tarpą. Pagrindinis patikimumo rodiklis yra tikimybė, kad numatytą darbo laiką mašina ar mechanizmas dirbs be gedimų. Stiprumas -medžiagos priešinimasis išorinių apkrovų poveikiui. Standumas - medžiagos pasipriešinimas formos pasikeitimui veikiant išorinėms apkrovoms. Šiuo atveju ribojamos tampriosios deformacijos. Atsparumas dilimui - besitrinančių paviršių savybė išlaikyti pradinę būklę. Jis priklauso nuo slydimo greičio, kontaktinių įtempimų, lyginamojo slėgio. Atsparumas vibracijoms - sugebėjimas dirbti reikiamu režimu neviršijant leistinos vibravimo amplitudės, t.y. nesukeliant rezonanso. Pastarasis atsiranda tada, kai išorinių jėgų kitimo dažnis sutampa su detalių sistemos savuoju dažniu. Sistemos savasis dažnis priklauso nuo detalės masės, geometrijos, naudoj amų dempferių ir slopintuvų. Atsparumas kaitrai - detalės gebėjimas nesideformuoti, kai ją veikia temperatūra. Pagrindiniai parametrai yra medžiagos valkšnumas ir relaksacija. JUNGTYS Mašinų gamyboje nejudami ryšiai vadinami jungtimis. Jungtys skirstomos į išardomas ir neišardomas. Išardomos jungtys išsiardo nepažeidžiant nei detalių nei ryšių. Išardomomis jungtimis yra varžtai, pleištai, išdrožos, kaiščiai. Neišardomomis vadinamos jungtys, kurias išardžius pažeidžiama viena iš detalių arba ryšys. Neišardomomis jungtimis yra kniedijimas, suvirinimas, presavimas. 4. Kniedytos jungtys Naudojamos kur yra didelės vibracijos ir sunkiai suvirinamoms medžiagoms. Kniedytos jungtys pagal paskirtį skirstomos: stiprios (taikomos metalinėse konstrukcijose); stiprios sandarios (naudojamos konstrukcijose su aukštu slėgiu); sandarios (naudojamos esant nedideliam slėgiui). Kniedės siūlėje išdėstomos eilėmis arba šachmatine tvarka. Naudojamos įvairių tipų kniedės. Kniedės galvutės: a - pusapvalė; b- paslėpta; c - pusiau paslėpta; d - plokščia; e – tuščiavidurė. Kniedytų jungčių sujungimo budai: a - užleistinė; b - sudurtinė; c - užleistinės jungties deformacijos veikiant išorinei apkrovai. Pagal konstrukciją kniedytos jungtys skirstomos į užleistines ir sudurtines. Didžiausias užleistinių kniedytų jungčių trūkumas - veikiant ašinei apkrovai jungtyje papildomai atsiranda lenkimo momentas. Šio momento įtaką galima sumažinti jungtį darant su keliomis kniedžių eilėmis. 4.1. Tempiamų kniedytų jungčių skaičiavimas Skaičiuojant kniedytas siūles stiprumui priimama, kad jėga tarp kniedžių pasiskirsto tolygiai, o tarp jungiamų detalių nėra trinties jėgų. Vieną kniedę veikianti jėga: čia F - jungtį veikianti suminė jėga; n - kniedžių skaičius. Projektuojant kniedytas jungtis siūlės matmenys, tokie kaip žingsnis tarp kniedžių, atstumas tarp siūlių, kniedės atstumas nuo krašto, parenkami pagal standartą: kniedės skersmuo: užleistinei d = (1.8…2.0) s; sudurtinei d = (1.2 ….. 1.8) s; 4.2. Necentriškai apkrautų kniedytų jungčių skaičiavimas Necentrinį apkrovimą galima pakeisti į simetrinį apkrovimą, necentrinę jėgą F perkėlus į simetrijos centrą C. Kiekvieną kniedę veiks jėga FF = F/n. Šiuo atveju simetrijos centre papildomai atsiras momentas M =FL. Kniedėms esančioms toliausiai nuo simetrijos centro tenka didžiausia apkrova nuo momento M. Kniedes, nuo momento M, veikiančios jėgos FM1, FM2 ir t.t. yra proporcingos atstumams iki simetrijos centro. 4.3. Kniedzių medžiagos ir leistinieji įtempimai Kniedės gaminamos iš plienu (Ct2, Ct2kh, Ct3, 10, 15, IOkfi, 15kh, 09F2, 12X18H9T), žalvario (JI63), vario (M3), aliuminio lydinių. Esant ciklinėms apkrovoms nerekomenduojama naudoti kniedzių, pagamintų iš spalvotųjų metalų. Pagrindinės kniedės medžiagų charakteristikos yra plastiškumas ir nesigrūdinimas. Leistinieji įtempimai priklauso nuo kniedzių medžiagos, kiaurymės apdirbimo būdo (paprastai gręžiamos ar iškertamos) ir apkrovos pobūdžio. 5. Suvirintos jungtys Suvirintoji jungti yra racionaliausia ir labiausiai paplitusi neišardoma jungtis. Plačiausiai naudojami šie suvirinimo būdai: • lankinis suvirinimas; • lankinis suvirinimas po fliuso sluoksniu; • suvirinimas apsauginėje dujų aplinkoje; • elektro-šlakinis suvirinimas; • dujinis suvirinimas; • suvirinimas spinduliais (elektroniniais, lazerio ar šviesos); • varžinis suvirinimas; • kontaktinis suvirinimas. Suvirintųjų jungčių privalumai: 1.Galimybė gauti didelių gabaritų detales (laivų ir lėktuvų korpusai, vamzdynai, rezervuarai, ferminės konstrukcijos, tiltai ir t.t.). 2.Detalių masės sumažėjimas iki 50%, lyginant su lietomis detalėmis, ir iki 20%, lyginant su kniedytomis detalėmis. Tai pasiekiama sumažinus sienelių storius, užlaidas mechaniniam apdirbimui, susilpninančių skylių ir antdėklų nebuvimu. 3.Detalių savikainos sumažėjimas vienetinėje ir mažaserijinėje gamyboje; 4.Nedidelis darbo imlumas ir galimybė automatizuoti suvirinimo procesą. Suvirintųjų jungčių trūkumai: 1.Suvirinant lydymu praktiškai neišvengiami siūlių defektai (nepilnas suvirinimas, šlakų intarpai, dujų pūslelės), kurie sumažina jungties stiprumą. 2.Gaunami liekamieji įtempimai (dėl temperatūrinių deformacijų, kurios atsiranda dėl nevienodo kaitinimo), kurie sumažina jungties stiprumą. Todėl atsakingose konstrukcijose suvirintas jungtis būtina papildomai mechaniškai apdirbti. 3. Dėl vietinio kaitinimo terminio poveikio zonoje netoli siūlės pasikeičia pagrindinio metalo mechaninės charakteristikos. Pagal konstrukciją suvirintosios jungtys skirstomos į: sandūrines; užleistines; tėjines; kampines. 5.1. Sandūrines suvirintos jungtys Sandūrinė siūlė suyra ties suvirinimo siūle arba detalės terminio poveikio zonoje. Terminio poveikio zona (TPZ) - detalių dalis netoli siūlės, kurioje dėl temperatūros poveikio pasikeičia medžiagos mechaninės charakteristikos. 5.2. Užleistinės suvirintos jungtys Suvirinus gaunama kampinė siūlė. Pagal skerspjūvio formą kampinės siūlės gali būti: normalios - skerspjūvis status lygiašonis trikampis; specialios - skerspjūvis status nelygiašonis trikampis; įgaubtos; išgaubtos. Apkrovos krypties atžvilgiu kampinės siūlės būna: galinės; šoninės; įstrižos; kombinuotos. 5.3. Tėjinės ir kampinės suvirintos jungtys Tėjinės ir kampinės suvirintos jungtys gaunamos, kai jungiami elementai tarpusavyje išdėstomi statmenose plokštumose. Tėjinės jungtys suvirinamos sandūrinėmis arba kampinėmis siūlėmis. Kampinės suvirintos jungtys paprastai yra mažai apkrautos ir stiprumui neskaičiuojamos. 5.4. Kontaktiniu būdu gautos suvirintosios jungtys Plačiausiai naudojami šie kontaktinio suvirinimo būdai: sandūrinis - dažniausiai naudojamas strypų galams sujungti; taškinis - elementai sujungiami atskiruose taškuose; juostinis - suvirinimo siūlė formuojama jungiant suvirinimo taškus į vieną ištisinę liniją. Kontaktiniu būdu be sunkumų virinami: bendros paskirties statybiniai plienai; termiškai apdirbami plienai; nerūdijantys plienai, išskyrus turinčius daug anglies ir sieros; aliuminis, magnis, nikelis, varis ir jų lydiniai; žalvaris; aliumininė bronza. Sandūrinis suvirinimas. Virinant laikantis nustatytų technologinių normų gaunamas vienodas siūlės ir jungiamų elementų stiprumas, todėl esant statiniam apkrovimui jos papildomai stiprumui neskaičiuojamos. Tai galioja tik tada, kai terminio poveikio zonoje nesumažėja jungiamų elementų stiprumas. Priešingu atveju jungties leistinieji įtempimai sumažinami įvertinant medžiagos susilpnėjimą terminio poveikio zonoje. Taškinis suvirinimas. Dažniausiai naudojamas plonų lakštų suvirinimui, kai lakštų storių santykis yra ≤ 3. Taškinėms jungtims būdinga didelė įtempimų koncentracija (mažai legiruotiems plienams įtempimų koncentracijos koeficientas Kσ ~ 7.5). Todėl jos blogai atlaiko kintamas apkrovas. Įtempimų koncentracija gaunama ne tik suvirinimo taškuose, bet ir pačių jungiamų elementų suvirinimo taškų zonose. Taškinės suvirintos jungtys dažniausiai yra konstrukcinės, t.y. neatlaiko apkrovos, o tik jungia elementus. 5.5. Suvirintųjų jungčių stiprumas ir leistinieji įtempimai Suvirintos jungties stiprumas priklauso nuo pagrindinės medžiagos savybių, suvirinimo technologijos ir būdo, sujungimo tipo, veikiančios apkrovos pobūdžio, elektrodo. 6. Presuotos jungtys Presuotos jungtys gaunamos įpresuojant vieną detalę į kitą su tam tikra įvarža. Sujungimo patikimumas priklauso nuo įvaržos dydžio. Presuotųjų jungčių privalumai: 1.Paprasta gamybos technologija. 2.Geras jungiamų detalių centravimas (bazavimas). 3.Gali atlaikyti pakankamai dideles statines, ciklines, reversines bei smūgines apkrovas. Presuotųjų jungčių trūkumai: 1.Sunku įpresuoti ir išpresuoti detales esant didelės įvaržoms. 2.Didelė suleidžiamų paviršių pažeidimo tikimybė išpresuojant. 3.Sumažėja atsparumas nuovargiui dėl įtempimų koncentracijos. 4.Didelė vienodų jungčių atsparumo sklaida dėl trinties koeficiento ir sujungiamų detalių matmenų, tolerancijos lauko ribose, nevienodumo. 7. Srieginės jungtys Srieginės jungtys pagal paskirtį skirstomos į: jungtys su įsriegtomis detalėmis; judesio arba jėgos sraigtai. Sriegio žingsnis - atstumas kuriuo pasislenka sraigtas ar veržlė apsukus jį vieną kartą. Priklausomai nuo paviršiaus formos, ant kurio sudaromas sriegis, sriegiai esti cilindriniai ir kūginiai. Detalėms sujungti paprastai naudojami trikampis metrinis arba colinis sriegis. Pagrindiniai metrinio sriegio parametrai yra: išorinis skersmuo d, vidinis skersmuo d1, vidutinis skersmuo d2, sriegio žingsnis ps, sriegio profilio kampas α= 60°. Metriniai sriegiai esti stambaus ir smulkaus žingsnio. Dažniausiai naudojami stambaus žingsnio sriegiai, nes jie mažiau jautrūs dilimui ir gamybos netikslumams. Stambaus žingsnio metrinis sriegis žymimas raide M ir skaičiumi, nusakančiu išorinį skersmenį milimetrais, pvz., M20. Smulkaus žingsnio metriniam sriegiui papildomai nurodomas žingsnis, pvz., M20xl.5. Hermetiškam vamzdžių sujungimui naudojami vamzdiniai sriegiai. Jie panašūs į colinius sriegius, tik turi suapvalintus profilius. Judesio ir jėgos perdavimo sraigtuose naudojami trapeciniai, atraminai ir kvadratiniai (7.2 pav.) sriegiai. Visų tvirtinimo detalių sriegiai yra savistabdžiai. Tačiau veržlės, varžtai ir sraigtai gali atsisukti, veikiami kintamos ar smūginės apkrovos. Vibracijos sumažina trintį ir tuo pačiu savistabdą sriegyje. Varžtai nuo savaiminio atsisukimo apsaugomi sekančiai: • veržlė kietai sujungiama su varžtu, pvz., veržlės fiksavimas vielokaiščiu arba užlenkiama plokštele; • sudaroma papildoma trintis tarp veržlės ir varžto vijų, pvz., atraminės spyruoklinės poveržlės; • sriegis užplakamas arba užvirinamas. 7.3. Sriegio skaičiavimas stiprumui Sriegis paprastai suyra dėl: • sriegio vijų nukirpimo - tvirtinimo elementuose; • sriegio vijų išsidėvėjimo - judesio ir jėgos sraigtuose. Todėl pagrindiniai darbingumo ir skaičiavimo kriterijai tvirtinimo elementams su sriegiu yra kirpimo įtempimai, o judesio ir jėgos sraigtams - glemžimo įtempimai. 7.4. Varžto stiebelio skaičiavimas stiprumui prie įvairių apkrovimo atvejų Varžtas gali prarasti darbingumą, kai jį veikia pastovi apkrova dėl: • varžto nutrūkimo įsriegtoje zonoje; • sriegio nuglemžimo arba nukirpimo; • varžto nutrūkimo ties galvute. Paprastai varžtas ties galvute nutrūksta tik dėl gamybinio broko, todėl šioje zonoje varžtas stiprumui neskaičiuojamas. Varžto apkrauto ašine jėga stiprumo sąlyga: Varžtas įstatytas į didesnio skersmens skylę ir apkrautas skersine jėga. Jungties patikimumo sąlyga - elementai neturi praslysti veikiant išorinei apkrovai, t.y.: Ftr>sRF Varžtas įstatytas į tiksliai priderintą skylę ir apkrautas skersine jėga. Ši jungtis yra patikimesnė už jungtį iš varžto įstatyto į didesnio skersmens skylę, tačiau brangesnė. Šiose jungtyse varžto įveržti nebūtina. Skaičiuojant į trinties jėgas neatsižvelgiama. Varžtai kaip ir kniedės skaičiuojami kirpimui ir glemžimui. Necentriškai apkrautų varžtų skaičiavimas. Necentriškai varžtai apkraunami, kai naudojamos nesimetrinės varžtų galvutės arba atraminiai paviršiai po veržle ar varžto galvute nėra lygiagretūs. Varžtą įveržus jėga Fiv varžte kils tempimo ir lenkimo įtempimai. Įveržti varžtai veikiami darbinės apkrovos. Šiuo atveju pradinis srieginių jungčių įveržimas turi būti toks, kad, pradėjus veikti išorinei apkrovai, jungtyje dėl varžtų papildomo ištįsimo nesusidarytų tarpelis, arba nebūtų pažeistas hermetiškumas. Didėjant varžtų slankumui 5,, ir mažėjant detalių slankumui 5 mažėja išorinės apkrovos koeficientas / ir tuo pačiu varžtus veikiančios jėgos prieauglis nuo darbinės apkrovos. Todėl atsakingose konstrukcijose, naudojami tamprūs varžtai. Mažinant įveržimo jėgą Fp mažėja detales spaudžianti jėga iv. Kai Fp

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!