1. Назовите механические характеристики прочности и пластичности металлов. Как определяют допускаемые напряжения для расчетов деталей машин при постоянных и переменных нагрузках?

Пластичность – способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации. Прочность – сп-ть материала детали сопротивляться разрушению или образ-ю пластич-х деформ-ий под действием внеш нагрузок. Характеристики: Прочность: - предел текучести σ_т или τ_т(при кручении) → при расчетах на прочность при постоян напр дм из пластичных материалов; напряжение при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки. - предел прочности σ_в или τ_в→ при постоян напр из хрупких материалов; отношение макс силы, которую способен выдержать образец, к его начальной площади поперечного сечения. - предел выносливости σ_R или τ_R → при переменных напряжениях; макс напряжение при цикл. нагрузке под действием кот. не происходит усталостного разрушения после произвольного большого или заданного циклов нагружения. - предел выносливости σ_-1 или τ_-1→ при симметричном цикле.- предел пропорциональности – макс напр-е, при котором конструкция может работать без остаточ напряжений. Пластичность: - относительное предельное равномерное удлинение (δ_р, %) – наибольшее удлинение, до кот образец деформируется равномерно по всей его расчетной длине. δ_р = (l_p / l₀) 100%; - относительное предельное равномерное сужение (ψ_р, %) – наибольшее сужение, до кот образец деформируется равномерно по всей его расчетной длине. ψ_р= (F_p / F₀) 100%; - относительное удлинение после разрыва (δ, %) – приращение расчетной длины образца после разрыва к ее первоначал длине. δ= (l_к / l₀) 100%= ((l_к - l₀)/ l₀) 100%; - относительное сужение после разрыва(ψ, %) – отношение уменьшения площади попереч сеч-я образца в месте разрыва к начал площади попереч сеч-я. ψ= (F_к / F₀) 100%=((F_к - F₀)/ F₀) 100%.

Величину допускаемых напряжений определяют путём деления опасного для прочности детали значения напряжений σ_ОП на допускаемый коэффициент запаса прочности [S_σ]: где σ_ОП, τ_ОП – опасные напряжения, при которых происходит разрушение или возникают пластические дефор­мации детали; [S_σ] , [S_t] – допускаемые коэффициент запаса прочности, соответственно по нормальным и касательным напряжениям.

Выбор σ_ОП, τ_ОП зависит от: типа материала детали (пластичный, хрупкий и т. д.); вида деформации (сжатие, кручение и т.д.); характера изменения напряжений во времени (цикла напряжений).

При статической нагрузке: выбор σ_ОП, τ_ОП главным образом зависит от типа материала (рис.1):

Рис.1. Условные диаграммы растяжения: 1 - для хрупких; 2 - для хрупкопластичных; 3 - для пластич­ных материалов

При действии циклических напряжений следует учитывать неодинаковую ориентацию зерен структуры металла в объёме детали. Величину предела усталости σ _{– 1} для каждого материала определяют путем построения кривых выносливо­сти(рис.2).

Рис.2. Кривая усталости

Из рис. 2 видно, что кривая Велера асимптотически приближается к горизонтальной оси и при достижении числа циклов нагружения исследуемого образца базового числа (N ≥ N₀) наступает явление усталости: образец может выдержать неограниченное число циклов нагружения. Это максимальное напряжение симметричного цикла σ _{– 1} называют пределом выносливости (или усталости), а соответствующее ему число циклов N₀ – базовым чис­лом циклов.

Определение напряжений, опасных для прочности деталей (Зависимости для касательных напряжений того же характера).

Постоянная нагрузка			Переменная нагрузка
Материал	пластичный	σОП = σТ	Известный цикл изменения нагрузки	σОП = σ R
	хрупкий	σОП = σ В
	упруго пластичный	σОП = σ 0,2	Неизвестный цикл изменения нагрузки	σОП = σ – 1

Коэффициенты S_σ и S_τ могут быть определены различными методами, например дифференциальным методом: [S]= [S₁]∙ [S₂]∙ [S₁], где [S₁] – коэф, учитывающий точность определения действующих на деталь нагрузок и возникающих в ней напряжений; [S₂] – коэф, учитывающий однородность материала детали; [S₃] - коэф, учит-щий специфич требования безопасности рассчитваемой дет.

2. каковы основные критерии работоспособности деталей машин? запишите условия расчета деталей машин по каждому критерию. по каким зависимостям выполняют расчет деталей на статическую прочность? как выбирают допускаемые напряжения для этих расчетов ?

Работоспособность – это способность объекта (сооружения, машины, детали) выполнять заданные ф-ии, сохраняя значения задан-х параметров в пределах, установл-х нормативно-техн документацией. Осн критериями р/сп ДМ являются: 1)прочность – сп-ть материала детали сопротивляться разрушению или образ-ю пластич-х деформ-ий под действием внеш нагруз. 2)жесткость – спос-ть деталей сохр-ть свою форму под действии внеш нагрузки. 3)износостойкость – спос-ть дет работать без износа под действием внеш нагр. 4)виброустойчивость – сп-ть дет сопротивляться возникновению резонанса или повыш амплитуды. 5)теплостойкость – сп-ть дет раб без перегрева под действ внеш нагр. УСЛ-Я РАСЧЕТА ДМ ПО КАЖДОМУ КРИТЕРИЮ: 1) ПРОЧНОСТЬ. Усл прочности: σ ≤ [σ], τ ≤ [τ], S ≤ [S].σ – норм напр; τ – касат напр; S – коэф запаса прочн. 2) ЖЕСТКОСТЬ. Изгибная жесткость: y ≤ [y] (фактич и допуск величина стрелки прогиба) или Θ^о ≤ [Θ^о] (факт и доп величина угла поворота оси вала в опоре). Крутильная жесткость: Δφ ≤ [Δφ] (ф и д величина угла закручивания поперечного сечения вала). При выполнении усл-ий – дет жесткая. В против случае необх либо уменьш расст м/у опорами, либо увелич диаметр вала. Требования к жесткости деталей машин определяется: условиями прочности деталей – при неустойчивом равновесии, а также при ударных нагрузках; условиям работоспособности деталей совместно с сопряженными деталями; условиями динамической устойчивости (отсутствием резонанса колебаний); технологическими условиями. 3) ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ. Количественно износ любой детали определяется толщиной изнашиваемого слоя и интенсивностью изнашивания. Различают: механический – за счет трения (ременная передача); молекулярно – механическое – при заедании. В результате нагрева контактной поверхности двух деталей под действием внешних сил – свариваются. При дальнейшем относительным движении с поверхности менее прочной детали вырываются частицы, приварившиеся к поверхности более прочной детали. В дальнейшем эти частицы оставляют царапины на поверхностях, вступающих с ними в контакт; коррозионно – механический – истирание продуктов коррозии механическим путем. 4) ВИБРОУСТОЙЧИВОСТЬ. Все расчеты делят на 2 вида: расчет на резонанс, т.е. опр частоты собств колебаний дет, и сравнение ее с част колеб внеш нагруз. Усл: n≠n_крит (факт и критич частота вращ.) или ω≠ ω_крит (ф и крит скорость вращения, при которой наступает резонанс). ω=2πn/60 → n=60ω/2π=10ω Как правило, практич реком-ция эксплуатации машины с целью предотвр резонанса такова: 0,7n_крит<n<1,3n_крит Если не выполняется данное условие, то необходимо изменить частоту вращения. 5) ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ. С целью обесп работы дет без перегрева необх усл: t_м^о≤[t_м^о] (ф и доп температура масла или мазеохл жидкости). Если усл не выполн: - увелич площ теплоотдающ поверх (ребра охл); - принуд охл вентилятором; - принуд охл холод водой (медн змеевик уклад в масл ванну и ч/з змеевик пропуск холод воду). В результате нагрева могут возникать следующие вредные для работы машин явления: Это связано с понижением основных механических характеристик материалов (временное сопротивление, предел выносливости); Понижение защитной способности масленого слоя, разделяющего трущиеся дет машин и пояаление повышенного износа или заедания; Изменение зазоров в подвиж соединениях в следствие температур деформаций (выход из строя подшипников).

РАСЧЕТ ДЕТ НА СТАТИЧ ПРОЧНОСТЬ: Расчет выполняют проектировочный и проверочный, он зависит от действующей нагрузки на деталь. Напряжение растяжения: - проверочный σ_р=F/(πd₁²/4)≤ [σ_р]; - проектировочный d₁=(4F/(π[σ_р]))^1/2. Напр изгиба: - проверочный σ_и=М/(0,1d³)≤ [σ_и]; - проектировочный d=(10М/[σ_и])^1/3 Напр кручения: - проверочный τ_к =Т/0,2 d³≤ [τ_к]; - проектировочный d=(5Т/[τ_к])^1/3. Совместное действие изгиба и кручения: - проверочный σ_экв=М_экв/(0,1d³)≤ [σ_и], М_экв=(М²+Т²)^1/2; - проектировочный d=(10М_экв/[σ_и])^1/3

ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЭТИХ РАСЧЕТОВ: Допускаемые напряжения [σ] и [τ] опред по формулам: [σ]= σ_пред/[S]; [τ]= τ_пред/[S], где σ_пред и τ_пред – предельные норм и касат напряжения, [S] – допускаемый коэф запаса прочности: [S]= [S₁] [S₂] [S₃], где [S₁] – коэф, учитывающий точность определения действующих на деталь нагрузок и возникающих в ней напряжений; [S₂] – коэф, учитывающий однородность материала детали; [S₃] - коэф, учит-щий специфич требования безопасности рассчитваемой дет. Доп напр для расчетов деталей на прочность выбирают из специализированных таблиц, составленных для отдельных деталей и узлов машин НИИ, заводами и организациями, проектирующими машины. σ_т ,τ_т – предел текучести – для пластичных мат-лов; σ_в , τ_в – предел выносливости – для хрупких.

3. назовите основной критерий работоспособности любой детали. как рассчитывают по нему детали, работающие при переменных нагрузках? каково влияние размеров, формы, материала и состояния поверхности детали на этот критерий её работоспособности?

Прочность является главным критерием работоспособности всех деталей.

Прочность – это способность детали сопротивляться разрушению или возникновению пластических деформаций под действием приложенных к ней нагрузок.

При действии циклических (переменных) напряжений следует учитывать неодинаковую ориентацию зерен структуры металла в объёме детали. Величину предела усталости σ _{– 1} для каждого материала определяют путем построения кривых выносливо­сти(рис.2).

Рис.2. Кривая усталости

Из рис. 2 видно, что кривая Велера асимптотически приближается к горизонтальной оси и при достижении числа циклов нагружения исследуемого образца базового числа (N ≥ N₀) наступает явление усталости: образец может выдержать неограниченное число циклов нагружения. Это максимальное напряжение симметричного цикла σ _{– 1} называют пределом выносливости (или усталости), а соответствующее ему число циклов N₀ – базовым чис­лом циклов.

Известный цикл изменения нагрузки σОП = σ R;Неизвестный цикл изменения нагрузки σОП = σ – 1 Влияние различных факторов на прочность дет.:
Фактор	Параметр	Влияние
Размер	Масштабный фактор: ε=(σоп)д/ σоп ≤ 1,0, где σоп – опасное напряжение для детали и для образца	Чем > р-ры, тем < прочн
Форма	Коэф концентрац (хар-ет только силу концентратора): ασ=σmax/σном>1,0 Эффектив коэф конц (позв оценить влиян концентратора на прочность): Кσ=σR/σRд≥1,0 Связь: Кσ=1+qσ(ασ-1), где qσ – коэф чувствит. матер к асимметр цикла (qσ=0,1…0,2 для чугуна; qσ=0,6…0,8 для стали)	Чем резче изменяется форма, тем < прочность
Сост пов-ти	Коэф шерох-ти: КF=σ-1/ σ-1д≥1,0, где σ-1 и σ-1д - пределы усталостной выносливости образца и детали	При постоян нагр влияние незначит; при переем – существенно: чем грубее пов-ть, тем < прочность
Вид нагрузки (асимметрия цикла)	Коэф чувствит-ти к асимметрии цикла: ψσ=0,1…0,3; ψτ=0,5 ψσ	Чем резче изм цикла нагр, тем < прочн. Чем > σm → < прочность

4.Каковы механические характеристики прочности и пластичности металлов? как определить допускаемые напряжения для расчетов деталей машин из пластичных материалов, работающих при постоянных и переменных нагрузках?

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЧНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ МЕТАЛЛОВ

Пластичность – способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации.

Прочность – способность материала детали сопротивляться разрушению или образованию пластических деформаций под действием внешних нагрузок.

Характеристики:

- предел текучести σ_т или τ_т (при кручении) → при расчетах на прочность при постоян напр дм из пластичных материалов; напряжение при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки.

- предел прочности σ_в или τ_в→ при постоянных напряжениях из хрупких материалов; отношение макс силы, которую способен выдержать образец, к его начальной площади поперечного сечения.

- предел выносливости σ_R или τ_R → при переменных напряжениях; макс напряжение при циклической нагрузке под действием которой не происходит усталостного разрушения после произвольного большого или заданного циклов нагружения.

- предел выносливости σ_-1 или τ_-1 → при симметричном цикле.

- предел пропорциональности – макс напряжение, при котором конструкция может работать без остаточных напряжений.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ РАСЧЕТОВ ДМ ИЗ ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, РАБОТАЮЩИХ ПРИ ПОСТОЯННЫХ И ПЕРЕМЕННЫХ НАГРУЗКАХ

Допускаемые напряжения [σ] и [τ] определяются по формулам:

[σ]= σ_пред/[S];

[τ]= τ_пред/[S],

где σ_пред и τ_пред – соответственно предельные нормальное и касательное напряжения, [S] – допускаемый коэффициент запаса прочности.

При расчетах на прочность при постоянных напряжениях ДМ из пластичных материалов в качестве предельного напряжения σ_пред и τ_пред принимают соответствующий предел текучести: σ_т или τ_т .

При расчете на прочность дм при переменных напряжениях в качестве предельного напряжения σ_пред и τ_пред принимают соответствующий предел выносливости: σ_R – при изгибе, σ_Rр – при растяжении (сжатии), τ_R – при кручении.

Допускаемый коэф. запаса прочности

[S]= [S₁] [S₂] [S₃],

где [S₁] – коэф, учитывающий точность определения действующих на деталь нагрузок и возникающих в ней напряжений; [S₂] – коэф, учитывающий однородность материала детали; [S₃] - коэф, учитывающий специфические требования безопасности рассчитываемой дет.

При точном расчете [S₁]=1, при расчетах сред точности – 1,2…1,6. Коэф [S₂] для стальных дет из поковок и проката равен 1,2…1,5; для деталей из стального литья – 1,5…1,8; для чугунных деталей – 1,5…2,5. Коэф [S₃]=1…1,5.