3 Вопрос.

1. Оптимальное нагружение (ОН) определяется схемой на рисунке 1.5.

При изгибе и кручении наружные и внутренние волокна детали перегружены. При растяжении и сжатии  напряжения одинаковы по всему сечению детали. По возможности необходимо избегать нагружения стержневых конструкций, которые вызывают изгиб. Если же изгиб неизбежен, то необходимо конструктивно пересмотреть равнопрочность нагружения по длине и по сечениям .

Усиление сечения элемента конструкции по длине путем добавления дополнительного металла называется бомбиктированием.

Удаление слабонагруженных центров сечения детали обеспечивает более равномерное распределение напряжения. Для того чтобы увеличить надежность изделия при заданном нагружении необходимо найти точки наибольших перемещений системы, определить напряжения максимальных перемещений и предотвратить эти перемещения введением элементов растяжения (сжатия) расположенных в направлении перемещения (ребра жесткости).

Путь распределения и разделения нагрузок предусматривает возможность работы конструкции на растяжение и сжатие одновременно. Например, металло-бетон. Бетон работает на сжатие, металлические включения на растяжения. При сопряжении двух работающих деталей поверхности детали из более твердого материала должны быть больше поверхностей детали из мягкого материала.Снижение динамических нагрузок (эксцентриситета) возникающих в процессе работы, ремонта, монтажа и транспортировки оборудования возможно за счет установки демпфирующих устройств, балансировки деталей, а также путем увеличения диаметра детали по сравнению с ее длинной.

2. Оптимальная стабильность (ОС) или оптимальная надежность (ОН) характеризуется обеспечением прочности, жесткости и надежности изделия за весь расчетный срок службы

ОС характеризуется коэффициентом безопасности. По этому принципу задача оптимального проектирования сводится к увеличению коэффициента безопасности n (запас прочности). Это обеспечивает надежность за счет использования специальных материалов, способов защиты и упрочнения (рис. 1.8).

Можно сказать, что надежность n =  / стоимость.

Конфликтная ситуация лежит в основе оптимального проектирования.

С учетом этих факторов n меняется в пределах:

1,5÷2  если хорошо известны свойства материала, действующие нагрузки очевидны и легко определимы;

2÷2,5  для обычных материалов в обычных условиях работы, но при ориентировочных значениях нагрузки;

2,5÷4  в случае непредвиденных обстоятельств (например, при динамических нагрузках − по балке движется груз);

5÷10 – коэффициент на всякий случай, когда неизвестны или плохо изучены факторы влияющие на конструкцию (например, барабаны).

4 Вопрос:

3. Оптимальный материал (ОМ). Основным критерием при выборе материала являются условия работы оборудования заданные технологией (среда, давление, температура и т.д.). При этом необходимо учитывать физико-механические свойства материла; способность материала работать в различных условиях нагружения; износостойкость, жаропрочность, твердость; чувствительность к воздействию внешних факторов; обрабатываемость. Все эти требования конфликтуют с экономичностью, могут изменяться в процессе эксплуатации оборудования. Но в проекте должна быть заложена сталь, отвечающая всем классическим требованиям.

При выборе ОМ основной принцип – обеспечить коррозийную стойкость, восприятие нагрузок и т.п. при минимальной стоимости. Принцип ОМ можно проследить на рис. 1.9.

В том случае если аппарат толстостенный, то его целесообразно выполнять многослойным: внутренние слои  из нержавеющей стали, а внешние  из обычной стали.

Д вухслойные стали (заменители) состоят из 2-х слоев: основной и плакирующий (рис. 1.10). Плакирующий – защитный слой, нагрузок не воспринимает. Расчет на прочность ведется по основному слою. Толщина плакирующего слоя – 10% от основного (формула 1.1). Суммарная толщина стенки аппарата равняется их сумме с округлением до стандартного значения по ГОСТ (формула 1.2).

(1.1)

(1.2)

Сменные элементы6

• гуммировка  защита металла резиной;

• футеровка  защита металла кислостойким или жаростойким кирпичом на диабазовой замазке.

По виду обработке самыми дешевыми считаются штампованные или литые детали. А дорогими  детали подвергающиеся механической обработке. Выбор материала и технологии обработки детали определяется в каждом конкретном случае. Назначение различных марок сталей приведено 4. Оптимальная технология (ОТ) должна обеспечивать максимальное использование стандартных и унифицированных деталей, простату обслуживания, сборки, ремонта и монтажа. Принцип ОТ можно проследить на рис. 1.11.

Технологичность сборки предусматривает: возможность использования сварки, если металл хорошо сваривается; цельные или на худой конец разъемные конструкции; возможность установки контрольно-измерительных приборов и возможность их обслуживания.

Технологичность ремонта предусматривает возможность сборки и разборки конструкции, т.е. ее ремонтопригодность.

Технологичность изготовления детали предусматривает возможность использования штамповки, литья или ковки, а также улучшенную механическую обработку.

С целью увеличения прочностных и технологических свойств детали рекомендуются следующие виды ее обработки:

• горячая обработка  упрочнение за счет превращения рыхлой структуры металла или слитка в уплотненную. При этом происходит изменение в направлении образования кристаллов, их дробление с образованием новых кристаллов;

• легирование  добавление упрочняющих легирующих элементов (никель, молибден, титан, вольфрам);

• термическая обработка  закалка с низким, средним, высоким отпуском. При этом образуются новые структурные поверхностные образования, происходит сорбетирование, которое увеличивает прочность. В основном обработка индукционными токами (сравнительна проста);

• упрочнение химико-термическими методами насыщения поверхности углеродом (цементация), азотом (азотирование), хромом, серой, бромом, титаном.

5. Оптимальный размер (ОР). В техники существует параметрический ряд размеров. Параметрическими рядами называют ряды машин одинакового назначения с регламентируемыми конструкцией показателями.

При конструировании не следует задавать повторяющиеся и лишние размеры. На чертежах общего вида и сборочных чертежах наносятся только габаритные, установочные и присоединительные размеры (включая размеры для справок и размеры, уточняемые при монтаже). На рабочих чертежах деталей обязательно наносится знак неуказанной шероховатости поверхностей, а также неуказанные придельные отклонения размеров: IT14/2; IT14; Н14/2; Н14.

Все элементы расположенные на делительных окружностях должны иметь базовую поверхность и отклонения относительно ее. В резьбовых соединениях резьба обозначается только на одной детали.