Курсовые и лабораторные по сопромату Подвижный шарнир Балочные системы Пространственная система сил Основные понятия кинематики Растяжение и сжатие Деформации при кручении Сопротивление усталости

Курсовые и лабораторные по сопромату, теоретической механике, машиностроительному черчению

Снижают влияние концентрации напряжений двумя путями:

а) конструктивными мероприятиями (увеличение радиусов переходов и т. п.); б) термохимической обработкой деталей (например, закалка ТВЧ, азотирование зон концентрации).

  О п и с а н и е и с п ы т а т е л ь н о й м а ш и н ы и о б р а з ц о в. Опыт проводится на машине типа МУИ-6000, предназначенной для испытания металлов и сплавов на усталость при ч и с т о м изгибе вращающегося образца по симметричному циклу нагружения. Обеспечивает максимальный изгибающий момент 500 кг·см (49 н·м).

Рис. 2.19. Кинематическая схема машины МУИ-6000

Кинематическая схема машины представлена на рис. 2.19. От электродвигателя 1 через клиноременную передачу 2 и гибкий валик 6 вращение передается на шпиндель 8, в котором заворачиванием резьбовой втулки 7 закреплен в цангах 9 испытуемый образец 10. Корпус шпинделя 7 закреплен на станине машины на шарнирно-неподвижной опоре 11. Второй конец образца закреплен аналогичным образом, но корпус этого узла опирается на шарнирно-подвижную опору 13. Усилие на образец передается через серьги 12, балочку 14 и тягу 15 от  м е х а н и з м а н а г р у ж е н и я, состоящего из рычага 17, подвешенного к тяге 15, подвижного 24 и сменных 26 грузов, и противовеса 19. Нагрузка устанавливается перемещением груза 24 по рычагу 17 при вращении маховичка 18, а величина ее определяется по шкале 16 при повороте стрелки червячной пары 20. Приложение установленной нагрузки на образец 10 осуществляется вращением маховика 23, который через червячную пару 22 опустит вниз шток 21, и рычаг 17 через тягу 15 нагрузит образец 10.

Вращение электродвигателя через редуктор 5, датчик импульсов 4 также передается на счетчик числа циклов 3. После поломки образца рычаг 17 с грузами сместится вниз и через микровыключатель 25 отключит электродвигатель 1, а на счетчике 3 будет зафиксировано число циклов , при котором произошло разрушение образца. Схема нагружения образца представлена на рис. 2.20. Средняя рабочая часть образца подвергается  ч и с т о м у изгибу, что следует из эпюр  и .

  Рис.2.20. Схема нагружения Рис. 2.21. Форма и размеры

 образца рабочей части образцов

 

Образцы для испытаний на усталость выполняют в виде стержней с полированной поверхностью (с концентраторами и без них) и размерами согласно ГОСТ 25.502-79 с длиной рабочей части , где  (рис. 2.20).

Так как испытания образцов без концентраторов напряжений даже при одной нагрузке требуют много времени, то в настоящей работе предлагается испытать два образца одинакового диаметра с различными концентраторами напряжений.

М е т о д и к а п р о в е д е н и я о п ы т а и о б р а б о т к а

р е з у л ь т а т о в. 1. Микрометром с точностью 0,01 мм замеряют диаметр образца в трех сечениях по его расчетной длине, определяют расстояние  от точки приложения нагрузки до опор по паспорту машины (рис. 2.20). Записывают эти данные в журнал наблюдений.

2. Вращая маховичок 18, по шкале 16 устанавливают, зная марку материала (предел прочности ), максимальную нагрузку . При этом нагрузку определяют из условия, что при симметричном цикле нагружения максимальные напряжения  в образце (рис. 2.20) при получении первой точки кривой Велера должны быть

  или

  (2.33)

где   - диаметр выточки на образце (рис. 2.23).

Тогда после преобразований получают формулу для максимальной нагрузки

.

3. Закрепляют в цангах 9 машины образец с концентратором и, повернув маховик 23 против часовой стрелки, нагружают образец нагрузкой . Показания счетчика 3 циклов нагружения сбрасывают на нуль, включают электродвигатель 1 и доводят образец до разрушения. Записывают в журнал наблюдений число циклов , которые выдержал образец до момента разрушения.

4.  Устанавливают в цангах 9 машины второй образец с концентратором большего радиуса и также доводят его до разрушения. Записывают число циклов , которое выдержал второй образец до момента разрушения.

5. Сравнивают полученные результаты, проводят анализ и делают выводы о влиянии формы концентратора на циклическую усталость материала. Обработку результатов работы ведут в соответствии с требованиями раздела 4.

Содержание отчета

Название лабораторной работы.

Цель работы.

Испытательная машина (тип, марка).

Эскизы образцов с указанием размеров.

Схема нагружения образца.

Вид цикла нагружения.

Исходные данные.

Расстояние от точки приложения нагрузки до опоры .

Предел прочности для данной марки материала .

8. Максимальная нагрузка, при которой произошло разрушение испытанных образцов: , .

9. Число циклов и  нагружения, выдержанных образцами до момента их разрушения.

10. Анализ результатов испытаний. Выводы.

Вопросы для самоконтроля

1. Какова цель лабораторной работы? 

2. Как графически показывают закон изменения циклических напряжений?

3. Какими параметрами характеризуют цикл напряжений? Как их определяют?

4. Какие параметры цикла преимущественно влияют на усталостную прочность материала?

5. Как получают диаграмму усталости материала?

6. Что понимают под пределом выносливости материала? Как его обозначают?

7. Что понимают под базой испытаний? Какие ее значения принимают для различных металлов?

8. Какова форма, чистота обработки поверхности образцов для испытаний на усталость?

9.  В каком случае возникает концентрация напряжений?

10. Что понимают под эффективным коэффициентом концентрации напряжений?

11. Как теоретически вычислить коэффициент концентрации напряжений?

12. Почему в деталях из серого чугуна практически не возникает концентрация напряжений?

Каким образом в металлах и их сплавах уменьшить влияние концентраторов напряжений?

Опишите устройство и принцип действия испытательной машины.

15. Какой вид изгиба возникает в образце? Изобразите эпюру изгибающих моментов.

16. Разрушится ли образец, если при испытаниях в нем возникнут напряжения ниже предела текучести?

17. Какое практическое значение имеют испытания материалов при переменных напряжениях?

18. Выведите формулу для определения максимальной нагрузки, прилагаемой к образцу?

19. Влияет ли на величину предела выносливости выбор диаметра образца?

Можно ли по характеру излома определить при каких напряжениях (постоянных или переменных) проводилось испытание образца?

Литература: [5] - §§ 84-87; [6] - §§ 19.1 – 19.3, 19.5; [7] - §§ 99-100, 102.

Допускаемые напряжения

Размеры деталей при инженерном расчете необходимо подбирать таким образом, чтобы под действием приложенных нагрузок элемент конструкции не разрушался и не получал деформаций, превышающих допустимые.

Как показывают механические испытания разрушение хрупких материалов начинается, когда напряжения в сечении элемента конструкции превысят величину временного сопротивления (предела прочности) . Поэтому для хрупких материалов, деформация которых как правило незначительна, за опасное (предельное) напряжение принимают именно предел прочности .

Для пластичных материалов опасным является предел текучести  (или условный предел текучести , если отсутствует площадка текучести), так как за пределом текучести в пластичных материалах возникают значительные пластические деформации, приводящие при сбросе нагрузки до нуля к появлению остаточных напряжений.

Естественно, что эти напряжения не могут быть использованы в качестве допускаемых. Их следует уменьшить настолько, чтобы в эксплуатационных условиях действующие напряжения гарантированно были меньше опасных, деформации были упругими для этого выбирают коэффициент запаса прочности.

Допускаемые напряжения – это наибольшие напряжения, которые можно допустить в конструкции при условии его безопасной, надежной и долговечной работы.

Выбор коэффициента запаса прочности зависит:

Состояния материала (хрупкое пластичное)

Характера нагрузки (статическая, динамическая или повторно-переменная)

Неточности задания величины внешней нагрузки

Неточности расчетных схем и приближенности методов расчета

Значимости проектируемого сооружения или конструкции и т.д.

Для пластичных материалов (конструкционных сталей) значение коэффициента запаса прочности принимается .

Для хрупких материалов - .

Следовательно, допускаемое напряжение для расчета пластичных материалов вычисляется по формуле:

,  (3.8)

для хрупких

  (3.9)

 


Общие сведения о подшибниках качения