книги из ГПНТБ / Баренбойм, А. Б. Малорасходные фреоновые турбокомпрессоры

В этой формуле k2 будет величиной постоянной, а k\ уменьшается с увеличением нагрузки. При нормальном режиме движения <Ѵ2

изменяться пропорционально изменению скорости.

При экспериментальном определении механического к. п. д. механизма, определяют A'xol и общие потерн при нормальной нагрузке, после чего можно построить график зависимости к. и. д. от нагрузки.

§ 12. К. П. Д. ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ МЕХАНИЗМОВ

Папомним, что при нормальном установившемся режиме

|WS|

а) Параллельное соединение механизмов

Рис. 36. К. п. д. при параллельном соединении ме­ ханизмов

Как видно из (рис. 36)

где k — число механизмов, соединенных параллельно.

39

Если к.п.д. всех параллельно соединенных механизмов одина­ ков, т. е.

% = *12= • • •

то

*1 = Ч*.

т. е. общий к. п. д. при параллельном соединении механизмов, имеющих одинаковые к. п.д., равен к. п.д. одного механизма.

Рис. 37. К. п. д. при последовательном соединении механизмов

Рис. 38. Последовательное соединение двух механизмов

Допустим, что ко второму механизму приложена полезная мощ­ ность ЛАРд О, тогда согласно (68)

Ми) + |М 2)|(і -£ ,,) = 0,

ДА)1’ = — I Д7І2) I (1 — k2)\

40

если j%2< 1, то тѵ2(1)< 0 , следовательно, УѴ/2)> 0 и тогда

М(1, + |М (2)|(1 - к , ) = 0,

м (І) = - ! м (2)| (1 - К) = - 1n P U i — ä,)(i — k2).

Следовательно, если £, < 1 и &2< 1, т. е. оба механизма несамотормозящие, то хотя общий коэффициент полезного дейст­ вия, равный 11,7)2, будет меньше 0,5, весь механизм не будет

самотормозящим, так .как М(1)< 0, т. е. к ведущему валу в этом случае должна быть приложена тормозная мощность. Если же второй механизм самотормозящий, т. е. &2> 1, то

M 1) = (i + ä1) ( i - ^ l ^ l

ивесь механизм будет самотормозящим, так как в этом случае

М(1)> 0 и к ведущему валу надо будет приложить двигательную мощность.

Таким образом, следует: если коэффициент полезного действия системы, состоящей из последовательно соединенных механизмов, будет меньше 0,5, то это еще не значит, что вся система будет само­ тормозящей. Но если в системе хотя бы один механизм будет само­ тормозящим, то и вся система будет самотормозящей и к. п. д. ее

будет меньше 0,5.

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ИРАСЧЕТА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

§13. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Вопросы конструирования так тесно связаны с разнообразней­ шими вопросами теории и практики, что дать конкретные указания о методах конструирования, общие для всех деталей, затруднитель­ но. Можно лишь наметить некоторые принципиальные моменты, которые должны быть положены в основу конструирования любой детали и машины, руководствуясь положением, что каждая машина должна отвечать требованиям прочности, экономичности, надеж­ ности в эксплуатации и удобства обслуживания.

Исходя из условий прочности, необходимо стремиться к такой форме детали и такому ее расположению, чтобы распределение напряжений было наивыгоднейшим, а величины напряжений наи-

41

Меньшими. Например, лучше расположить деталь таким образом, чтобы она работала на растяжение или сжатие, но не на изгиб. Если избежать наличия изгибающего момента невозможно, то надо стремиться к уменьшению этого момента путем уменьшения вели­ чины плеча изгибающей силы.

Следует избегать резких переходов с точки зрения уменьшения концентрации напряжений. При взаимосвязи одной детали с другой необходимо учесть возможность температурных деформаций (если они могут возникнуть) и соответствующие соединения конструиро­ вать так, чтобы имелась возможность свободного расширения детали. В случае ударной внешней нагрузки целесообразно (там, где это возможно) вводить в узлах демпфирующие прокладки, при­ нимающие на себя большую часть кинетической энергии внешних сил и, следовательно, уменьшающие ту часть кинетической энергии, которая переходит в потенциальную энергию упругой системы.

При конструировании литых деталей необходимо придерживать­ ся ряда установленных положений, т. е. следует избегать резких переходов, а также скопления масс, наличие которых способствует как концентрации напряжений, так и возникновению усадочных напряжений при остывании отливки.

При сопряжении стенок отливок под прямым или тупым углом следует применять радиусы галтелей по данным ГОСТа. Острые переходы вообще не допускаются. Следует стремиться к простой форме отливки, к отсутствию выступающих частей, к равномерной толщине стенок, а также предусматривать литейные уклоны, и там, где это диктуется конструкцией, — специальные бобышки для облегчения механической обработки поверхностей, выступающих над необработанным телом па 5—10 мм.

При расчете и конструировании той или иной детали следует тщательно выявлять величины и расположение внешних сил и вы­ званное этими силами распределение напряжений.

В ряде случаев теория упругости не дает точного ответа на вопросы, связанные с распределением напряжений в деталях ма­ шин, поэтому иногда сложное, напряженное состояние приходится заменять простейшей схемой и, следовательно, решать поставлен­ ную задачу приближенно. Часто также существующее, по сложное решение заменяется простым приближенным. Конструктор должен суметь критически оценить это обстоятельство, пользуясь теорети­ ческими и экспериментальными данными, а чаще всего эксплуата­ ционным опытом работы данной или аналогичной детали.

Требования экономичности машин ставят перед конструктором следующие задачи:

а) правильно осуществлять выбор допускаемых напряжений; б) применять более дешевые и менее дефицитные материалы; в) придавать детали такую форму и размеры, чтобы ее обра­

ботка была возможно проще, а вес меньше; г) конструировать узлы таким образом, чтобы возможно боль­

ше облегчить монтаж;

42

д) обеспечить нормальные условия смазки. Расположение дета­ лей должно всецело облегчить их осмотр, ремонт и смену. Правиль­ ные условия эксплуатации и удобства обслуживания сводятся, в основном, к тому, чтобы конструкция машины позволила легкое и несложное управление ею. При установке необходимо учесть доступность машины и ее отдельных узлов для осмотра и смазки.

В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению веса машин при одновременном улучшении качества.

Основными условиями, определяющими успешное решение этого важного вопроса, являются правильный выбор материала, правиль­ ное установление действующих и допускаемых напряжений и уста­ новление такого расположения деталей и узлов, которое приводило бы к лучшему распределению нагрузок.

величина остаточной деформации образца ничтожно мала (напри­ мер, 0,001 %).

3. П р е д е л т е к у ч е с т и ат, являющийся напряжением, при котором имеет место деформация образца без увеличения напря­ жения. Для ряда пластических материалов на диаграмме растяжения при напряжении, равном пределу текучести, появляется характерная горизонтальная линия, называемая п л о щ а д к о й т е к у ч е с т и .

Для материалов, не имеющих площадки текучести, предел теку­ чести определяется как напряжение, соответствующее относитель­ ному удлинению 0,2%. Предел текучести является важнейшей механической характеристикой.

При расчетах на прочность различают предел текучести при растяжении, изгибе и кручении. Ориентировочно можно принять следующие значения

При растяжении

для углеродистых сталей зт = (0,52-г-0,56) зв; для обыкновенных легированных зт = (0,65 0,75) <ѵ

для легированных повышенного сопротивления зт = (0,7ч-0,8) з„.

Здесь зв — предел прочности и зт — предел текучести при растя­ жении.

При изгибе

для углеродистых сталей зт н = 1,2зт; для легированных зт п == 1,1зт.

43

при кручении X j = 0,58o_j.

Для чугуна

при изгибе —0,22ав; при растяжении т „1р —(0,35 : 0,45)

при кручении i_ j (0,75л-0,9) o_j.

Для медных сплавов (ориентировочно)

при изгибе 3 , — 0,35ав; при кручении T_j = 0,58о_г

Для легких сплавов (дюралюминия и др.) (ориентировочно)

при изгибе о_1 =0,33ов;

цри кручении х_, = 0,46з_1.

Пределы прочности, текучести и выносливости при температуре выше 250—300° уменьшаются с увеличением температуры. Ориен­ тировочные данные относительного изменения этих пределов при­ ведены в табл. 4.

Обычно основные механические характеристики, приводимые в справочных материалах, определяются опытным путем на гладких, полированных образцах определенной длины (100— 200 мм) при диаметре 6— 10 мм.

45

Встречающиеся на практике детали могут отличаться от об­ разца как размером (диаметром), так и формой. Это отличие явля­ ется причиной того, что механические характеристики деталей отличаются от характеристик образца, что главным образом относится к пределам текучести, прочности и выносливости.

Поэтому в качестве механических характеристик деталей сле­ дует считать пределы: текучести а'г, К, прочности а'в, т', вынос­

ливости при симметричном цикле з(_р х'_г и любом асимметрич­ ном з), і'г.

6. О т н о с и т е л ь и о е о с т а т о ч н о е у д л и н е н и е е при разрыве есть отношение остающегося приращения расчетной длины образца при разрыве к исходной его длине.

7. О т н о с и т е л ь н о е с у ж е н и е ф при разрыве есть остаю­ щееся относительное сужение образца при разрыве в наименьшем сечении шейки. Коэффициенты е и ф характеризуют пластичность материала, т. е. способность деформироваться без разрушения.

8. У д а р н а я в я з к о с т ь равна работе разрушения, отнесен­ ной к единице площади испытуемого образца. Ударная вязкость характеризует способность материала воспринимать динамические нагрузки.

9. П о л з у ч е с т ь есть медленное нарастание во времени пла­ стической деформации материала при напряжениях меньших, чем те, которые могут вызвать остаточную деформацию при испытаниях обычной длительности. Явление ползучести имеет место при высо­ ких температурах. Ползучесть характеризуется скоростью дефор­

мации.

П р е д е л п о л з у ч е с т и ггпл есть напряжение, при котором скорость или деформация ползучести за определенный промежуток времени равна величине, установленной техническими условиями.

Ползучесть является весьма важной характеристикой материала и должна быть учтена при расчетах деталей, работающих при вы­ соких температурах, например, болты паропровода удлиняются, и с течением времени требуется их подтяжка. Диаметр самого паро­ провода при высокой температуре пара и большом давлении непре­ рывно увеличивается, что может привести к его разрыву.

При заданной скорости деформации с увеличением температуры предел ползучести уменьшается. Данные изменения предела ползу­ чести в кг/мм? при допускаемой скорости относительной деформа-

46

Скорость относительной деформации можно определить по формуле

Метод расчетов на ползучесть виден из следующего примера. Определить относительное удлинение детали, выполненной из мате­ риала Стали 15, после 720 часов ее работы при температурах, приведенных в б, если действующее напряжение а равно 600 кг/см2.

По формулам (91) и (92) имеем:

Данный пример иллюстрирует резкое изменение относительной деформации при изменении температуры с 427 до 593°.

10. Т в е р д о с т ь это свойство материала оказывать сопротив­ ление при местных контактных воздействиях, пластической дефор­ мации или хрупкому разрушению в поверхностном слое в опреде­ ленных условиях испытания,

Характеристикой твердости является так называемое «число твердости», определяемое при помощи вдавливания в материал шарика из закаленной стали.

47

Ч и с л о м т в е р д о с т и по Б р и н е л л ю называется частное от деления величины вдавливающей силы на шаровую поверхность лунки отпечатка, которое обозначается через Нв кг/мм2. Между

числом твердости по Бринеллю и величиной предела прочности стали на разрыв существует ориентировочная зависимость

ов ^ 0,36НВ.

§ 15. КОЭФФИЦИЕНТ НЕСИММЕТРИИ ЦИКЛА. ПЕРЕХОД ОТ ИСПЫТУЕМОГО ОБРАЗЦА К ДЕТАЛИ

При расчетах деталей машин на прочность различают несколько видов нагрузок.

1. По признаку изменения нагрузки во времени:

а) постоянные, величина которых не меняется во времени; б) переменные, величина которых меняется во времени.

2. По признаку скорости приложения нагрузки:

а) статические, т. е. такие, при которых внешние нагрузки по­ стоянны или изменяются настолько медленно, что можно прене­ бречь силами инерции и считать, что все время сохраняется равен­ ство между внешней и внутренними силами упругости;

б) динамические, т. е. такие, при которых внешние нагрузки изменяются настолько быстро, что силами инерции пренебречь нельзя.

Частным случаем динамической нагрузки является нагрузка ударная, когда относительная скорость взаимодействующих друг на друга тел изменяется мгновенно.

На практике часто приходится иметь дело с динамическим при­ ложением нагрузки, что увеличивает действующее напряжение по сравнению с тем, какое имело бы место при статической нагрузке.

В практических расчетах такое приложение нагрузки учиты­ вается введением в расчет коэффициента динамичности.

На практике часто приходится иметь дело с переменными на­ грузками, а следовательно, и с переменными действующими напря­ жениями. Иногда, даже при наличии постоянной внешней нагрузки, действующие в детали напряжения будут переменными, что имеет место, например, при работе вала.

Периодическое изменение напряжений или нагрузок характери­ зуется коэффициентом несимметрии цикла, равным отношению минимальной амплитуды цикла к максимальной, и обозначается

через г.

Если рассматриваются периодические изменения нагрузок, то

При рассмотрении периодических изменений напряжений коэф­ фициент несимметрии напряжений будет

-18