17.2. Матеріали пружин

До матеріалів пружин ставляться вимоги: високі і стабільні у часі пружні властивості; достатня міцність та стійкість проти втомного руйнування; при роботі в умовах підвищених температур - задовільна термостійкість; достатня пластичність; задовільна корозійна стійкість.

Матеріали дроту для пружин стандартизовані. Це сталі: інстру-ментально-пружинні У8А, У9А,У1ОА,У11А, У12А,; високовуглецеві та марґанцеві 65, 70, 75, 65Г, 55ГС; спеціальні ресорно-пружинні кремнієві 55С2, 60С2, 60С2А, 70С3, 70С3А, хромомарґанцеві 50ХГ, 50ХГА, хромованадієва 50ХФА, хромо­вольфрамова 50ХВА, кремніє-вольфрамова 65С2ВА, кремнієхромова 60С2ХА, кремнієнікелева 60С2Н2А. Для пружин, які працюють в хемічно-активному середовищі, застосовують кольорові стопи – брондзи: бериллієві БрБ-2, кремніємарґанцеву БрКМЦЗ-1 та циноцинкову Бр04ЦЗ. Найкращою є бериллієва брондза як універ­сальний матеріал для пружних елементів.

Зауважимо, що вуглецеві та кремнієві сталі володіють низькою прожарюваністю, а тому застосовуються для пружин малих перерізів. Марґанцеві сталі мають більшу прожарюваність, але чутливі до перегріву при гартуванні. Хромомарґанцеві, хромованадієві і хромо-кремніємарґанцеві сталі мають високу міцність при дії змінних напруг, а тому знаходять застосу­вання для пружин відповідального призначення.

Заготовками для пружин мають бути дріт, стрічка, пруток та штаба з матеріалів, про які йшлося вище.

Для виготовлення пружин найчастіше застосовують сталевий вуглецевий дріт діаметром до 8 мм. Цей дріт випускають трьох основних класів: нормальної міцності Ш, підвищеної міцності П та високої міцності І.

Пружини з дроту діаметром 8÷10 мм виготовляють холодною навивкою переважно з дроту, який пройшов термообробку, і після навивки піддають тільки відпуску. Пружини більших перерізів навивають в гарячому стані, потім загартовують.

Пружини, для яких робоча навантага постійна або зміню­ється з обмеженою кількістю циклів, потрібно попередньо пружно-пластично деформувати - заневолювати.

Це робиться так: протягом 10÷50 годин пружини наванта­жують зусиллям (у напрямі дії робочої навантаги), яке спричи­нює напругу вищу від границі пружності. Тоді в результаті заневолювання зовнішні волокна витків дістають залишкові деформації. Після цього у ненавантаженій пружині зовнішні волокна витків під час взаємодії з внутрішніми дістають залиш­кові напруги протилежного знаку відносно робочих напруг. Якщо навантажувати ці пружини робочим зусиллям, то залишкові напруги частково компенсують робочі напруги, а це підвищує тримкість пружин до 25%.

Глава 18. Поняття про оптимальне та

АВТОМАТИЗОВАНЕ ПРОЕКТУВАННЯ

ДЕТАЛЕЙ МАШИН

18.1. Поняття про оптимальне проектування

Проектування будь-якого виробу чи технічного об’єкта пов’язане з розв’язуванням задач пошукового конструювання трьох типів [11].

Задачі першого типу – пошук і вибір найефективнішого фізичного принципу дії об’єкта для конкретних умов роботи. Наприклад, при проектуванні вантажопідйомного пристрою в основу може бути покладений ручний, електричний чи гідравлічний привод або можлива комбінація їх.

Задачі другого типу – пошук і вибір найраціональнішого технічного рішення для прийнятого фізичного принципу дії. При розв’язуванні цих задач варіюють конструктивними елементами та їхніми ознаками для знаходження найдоцільнішого поєднання їх. Розв’язування таких задач є матеріалізацією фізичного принципу дії або технічної ідеї.

Задачі третього типу – визначення оптимальних значень параметрів прийнятого технічного рішення. При розв’язуванні цих задач комбінують параметри до тих пір, поки не дістануть їхні оптимальні співвідношення.

Проблема вибору найкращого конструктивного рішення, що складається із задач трьох вказаних типів, розв’язується методами оптимізації.

Дістати оптимальне рішення – це значить вибрати такий варіант конструкції машини, який мав би більші переваги при зведених до мінімуму недоліках, тобто йдеться про вибір ліпшого варіанта, що найбільше задовольняє поставлену мету. Наприклад, машина повинна мати високу надійність та продуктивність при малій масі та малих затратах енергії.

Вибір варіанта передбачає наявність критерію порівняння, що дає змогу зазначити ліпший із наявних варіантів. Критерій порівняння різних варіантів називається критерієм оптимізації. Кожній меті оптимального проектування відповідає певний критерій оптимізації. Наприклад, якщо метою оптимізації деталі або машини в цілому є забезпечення мінімальної маси, то критерієм оптимізації буде маса об’єкта.

Порівняння варіантів конструкції машини при проектуванні може здійснюватись за кількома критеріями одночасно. У такому разі мають бути багатокритеріальні задачі оптимального проектування.

Із підвищенням класу виробу мета оптимізації стає більш загальною, а для об’єктів великої складності (комплексів) має соціально-економічний характер (наприклад, умови оптимізації комплексу устаткування для автоматизованого виробництва певних деталей). У більшості випадків можна використовувати локальну або внутрішню оптимізацію окремих елементів чи складальних одиниць об’єкта, яка є корисною і для глобальної оптимізації.

Математична модель, що відображає взаємозв’язок критерію оптимізації з параметрами оптимізації називається цільовою функцією.

Із ростом складності сучасних технічних об’єктів стає все важче оцінювати конкретний варіант проекту, його відповідність вихідним вимогам та найпрогресивнішим тенденціям сучасної техніки. Ускладнення конструкції сучасних об’єктів і, як наслідок, збільшення обсягу потрібної для конструктора інформації, сприяла появі нових методів опрацювання та практичного застосування технічної інформації у вигляді автоматизованого проектування. При автоматизованому проектуванні конструктор ставить задачу для ЕОМ, а машина обробляє весь обсяг потрібної інформації, систематизує його і робить первинне підбирання варіантів розв’язків. За конструктором залишається право вибору остаточного рішення. Для такого взаємного спілкування конструктора з ЕОМ створені системи автоматизованого проектування (САПР).

САПР – організаційно-технічна система, що призначена для автоматизованого проектування і складається з комплексу засобів автоматизації проектних робіт та відповідних підрозділів проектної організації.