Виды нагрузок, действующие на детали машин
Классификация деталей и узлов машин. Основные направления в развитии конструкции машин.
Деталь – это часть машины, изготовленная без применения сборочных операций (вал, гайка, шкив, винт и т.д.).
Комплексы совместно работающих деталей, представляющие собой конструктивно – обособленные единицы и обычно объединённые общим назначением, называются узлами или сборочными единицами.
Детали машин делят на следующее части:
1)Группа соединений (неразъёмные: клёпаные, сварочные, паяные; разъёмные: с помощью винтов, шпонок, клиньев и т. п.);
2)Передаточные механизмы (передачи: зацеплением, трением; валы и муфты);
3)Детали, обслуживающие вращательное движение (оси, валы, шейки, пяты, муфты и т.д.);
4)Шарнирно – рычажные и кулачковые механизмы (кривошипы, ползуны, шатуны, коромысла, направляющие, кулиса; кулачки, эксцентрики, ролики.
5)Упругие элементы: пружины или рессоры;
6)Маховики, грузы, бабы, шаботы;
7)Устройства для защиты от загрязнения и для смазывания;
8)Детали и механизмы управления.
Целевая установка курса заключается в том, чтобы исходя из заданной работы деталей и узлов машин дать методы, правила и нормы их проектирования, обеспечивающие выбор наиболее рациональных материалов, форм, размеров, степени точности, качества поверхности, а также технических условий изготовления.
Основные направления в развитии конструкции машин:
1) Замена механизмов с возвратно-поступательным движением, механизмами с равномерным вращательным движением. Примеры замены: паровая и газовая турбины, заменившие при больших мощностях и скоростях поршневые двигатели; центробежные, зубчатые и лопастные насосы, а также турбокомпрессоры, вытесняющие поршневые насосы и компрессоры; станки вращательного движения, заменившие станки ударного действия, и т.д.
2) Применение узловых конструкций:
— разделение машин на части
Разделение на узлы «агрегаты – блоки» дает следующие преимущества:
a) При компоновке машины из самостоятельных узлов разработка различных конструкторских вариантов или модификаций, их испытание, а затем и внедрение в производство могут каждый раз ограничиваться одним узлом, не затрагивая остальных – облегчает процесс модернизации машин.
b) Любая конструкция позволяет на базе небольшого числа агрегатов или блоков создавать машины различного типа.
c) Узловая конструкция сокращает цикл сборочных работ, т.к. все узлы можно собирать и испытывать одновременно и готовыми подавать на общий монтаж.
d) Узловая конструкция облегчает ремонт машин, который может быть сведен к замене одних узлов другими – новыми или отремонтированными.
3) Применение различных типов приводов.
4) Снижение веса машин при улучшении их качества. Это важно в 2-х направлениях:
a) Вес машины вместе с коэффициентом использования металла определяет вес металла пошедшего на изготовление машины;
b) Вес транспортных машин определяет транспортные расходы.
Нагрузки на детали машин и напряжения в них, как известно, могут быть постоянными и переменными по времени.
Нагрузки на детали машин делятся на:
Расчетная нагрузка Ррасч определяется произведением номинальной нагрузки и коэффициента нагрузки К:
К — учитывает динамичность нагрузки и некоторые другие факторы.
По характеру действия нагрузки делят на:
1. статические – длительно действующие на деталь, но постоянно и медленно изменяющиеся в период снятия и приложения нагрузки.
2. повторные или переменные установившегося и неустановившегося режимов.
3. нагрузки малой продолжительности или ударные с коротким циклом изменения напряжения.
Детали, подверженные постоянным напряжениям в чистом виде, в машинах почти не встречаются. Постоянная, неподвижная в пространстве нагрузка вызывает во вращающихся деталях (валах, осях, зубьях зубчатых колёс) переменные напряжения. Однако некоторые детали работают с мало изменяющимися напряжениями, которые при расчёте можно принимать за постоянные. К таким деталям могут быть отнесены детали с большими нагрузками от силы тяжести (в транспортных и подъёмно – транспортных машинах), детали с большой начальной затяжкой (заклёпки, часть крепёжных винтов и пружин) и детали с малым общим числом плавных нагружений.
Переменные напряжения, прежде всего, характеризуются циклом изменения напряжений (отнулевым, знакопеременным симметричным и ассиметричным знакопостоянным или знакопеременным циклами).
Нагрузки могут изменяться плавно или прикладываться внезапно (удары). Существенные ударные нагрузки действуют в машинах ударного действия и в транспортных машинах. Удары также бывают связаны с работой механизмов (переключением зубчатых колёс и кулачковых муфт на ходу, использованием упоров и т.д.), с погрешностями изготовления и увеличенными зазорами в сопряжениях. Очень опасны удары при авариях. Основная характеристика сопротивления удару – ударная вязкость.
Статическим нагрузкам соответствуют статические напряжения, неизменяющиеся в течение длительного времени ни по величине, ни по направлению: заклепки, часть крепежных винтов и пружин, элементы котлов и резервуаров.
Переменным нагрузкам соответствуют переменные напряжения, которые характеризуются циклом изменения напряжения.
В деталях машин возникают следующие циклы:
1) Пульсационный или отнулевой цикл, при котором напряжения изменяются от 0 до max и обратно до нуля (зубья зубчатых колес, работающих в одну сторону, штоки, толкатели и шатуны тихоходных машин, малонагруженные при обратном ходе).
Вычислим некоторые параметры этого цикла:
· среднее напряжение цикла:
Растяжение – со знаком «+», сжатие – с «–», кручение – «+» или «–» выбирается условно в зависимости от выбранного напряжения.
2) Знакопеременный симметричный цикл, при котором напряжения изменяются от отрицательного до такого же по абсолютной величине положительного значения (значение изгиба при вращающихся валах).
σ-1; τ-1 – пределы выносливости при симметричном цикле.
3) Знакопостоянный (винты и пружины) или знакопеременный (большинство деталей); ассиметричные циклы – наиболее общее понятие.
Ассиметричные циклы – частные случаи динамических переменных нагрузок. При расчетах ударные нагрузки приводятся к статическим через коэффициент динамичности.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник статьи: http://studopedia.su/8_5460_vidi-nagruzok-deystvuyushchie-na-detali-mashin.html
Виды нагрузок, действующих на детали машин
В процессе эксплуатации каждая машина испытывает различные виды нагрузок. Познакомимся с некоторыми из них.
Рабочей нагрузкой называют силу или момент воспринимаемые деталью или узлом в процессе эксплуатации изделия.
Рабочая нагрузка может быть постоянной или переменной в зависимости от характера ее изменения во времени. К постоянной можно отнести, например, нагрузку от собственного веса.
При эксплуатации детали машин, как правило, испытывают переменные нагрузки, характер которых зависит от систематических или случайных факторов, вызывающих эти нагрузки.
В зависимости от способа воздействия на деталь нагрузки могут быть статическими и динамическими.
Статические нагрузки обычно бывают постоянными без возникновения колебаний системы. Динамические нагрузки вызывают удар или колебания системы. В связи с переменным характером рабочих нагрузок вводят понятия о номинальной, эквивалентной и расчетной нагрузках.
Максимальная или длительно действующая нагрузка в установившемся режиме называется номинальной. Номинальные мощность, момент, частота вращения, скорость и т.д.
Эквивалентной называется такая постоянная нагрузка, которой можно заменить фактические действующую переменную рабочую нагрузку, считая ее равноценной в отношении соответствующих критериев надежности.
Для зубчатой передачи
, 
где Кдолг – коэффициент долговечности, зависящий от графика изменения рабочей нагрузки и от того, какая из них принята в качестве номинальной.
Расчетной называется условная постоянная нагрузка, определяемая (рабочей нагрузкой) с учетом ее характера воздействия на объект. Она служит для определения размеров деталей машин. Учитывает местные условия.
где Кк – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по контактным поверхностям;
Кд – коэффициент динамичности;
Ку – коэффициент, зависящий от условий работы и передачи нагрузки (например, за счет сил трения, сцепления и т.д.).
Предварительные расчеты можно выполнять, принимая:
Источник статьи: http://studopedia.ru/4_119597_vidi-nagruzok-deystvuyushchih-na-detali-mashin.html
Повышаем управляемость авто. Четыре простых шага к лучшей управляемости.
Тюнинг подвески — целое искусство, темный лес для многих. В то время когда большинство поглощены наращиванием лошадиных сил, управляемсоть традиционно остается на заднем плане. В любом случае те кто мало-мальски вникает в суть любой быстрой, хорошо технически продуманной гражданской машины, знает, что настройка подвески имеет ценность ничуть не меньшую, чем увеличения поголовья коников.
С ростом популярности дрифтинга, Time Attack контестов, и всевозможных Track Days, тюнинг подвески и настройка управляемости становится более важным для тех кто ранее тратил свои кровные в рассчете на улучшение показателей динамики.
Найти спецов, которые смогут увеличить мощность — проще простого. Гораздо сложнее найти гуру что заставят вашу машину хорошо проходить повороты. Решение? Сделайте себя гуру! Если ваши интересы больше, чем просто давить педаль в пол на дамбе у местной водокачки, то самое время приниматься за работу.
В серии этих статей мы раскроем тайны управляемости автомобиля вцелом. В этой статье начнем с четырех фундаментальных первых шагов.
1.Шаг первый. «Липкие» шины.
Шины — самый эффективный способ найти объект нашего вожделения -силу сцепления. Установив комплект шин с улучшенными характеристиками, вы проделаете самый огромный шаг к улучшению поворачиваемости. Другими словами цель — установить максимально широкие и большие шины из тех что вместятся в колесные арки без каких либо доработок. Не менее важно здесь склонить выбор шин в сторону класса UHP (Ultra High Performance)
Список шин данного класса можно растянуть на много километров. Доступны они в любом шинном маркете. Выбор огромен, Разброс цен — естественно тоже.
Для примера:
Michelin Pilot Sport 2
Dunlop Direzza dz101
Bridgestone Potenza re001
и так далее. (список приведен как пример,америкосовский оригинал отличается)
Все эти шины предназначены для уличного использования, дорог общего назначения. Если же вы ставите акцент на всяческие события на гоночных трэках, автокрос, или тупо желаете получить максимально возможное сцепление имеет смысл обзавестить шинами которые допускаются как для соревнований так и для уличного использования. Некоторые из них:
Yokohama A048, A032R
Toyo RA-1, R888
У шин подобного класса есть и минусы. Во первых — цена, во вторых износ у таких покрышек очень высок, и в третьих, количество циклов разогрева состава резины для получения номинального уровня сцепления -ограничено. То есть жизнь их может закончиться вовсе не износом до метки, а разрушением самой химической формулы, позволяющей получить феноменальное сцепление с дорогой. Многие из таких шин просто никакие в дождь и холодную погоду. Если вы видите ее в другом сообществе, значит ленивые администраторы нагло берут материал у нас и даже не читают его. Поэтому покупая такие шины для использования каждый день вы скорее потратите деньги зря. Затраты не оправдают их скоротечный износ, разрушение состава от частых прогревов и охлаждений, как следствие -низкий уровень сцепления.
Большинство грамотных юзеров подобных шин используют их только на гоночных трассах.
В основном практически в любой автомобиль можно установить шины на два размера больше чем стоковые. К примеру машина с завода оснащенная колесами размерностью 185/70-14″ на диске шириной 5″ обычно без проблем позволяет разместить в арках 205/50-15″ на диске шириной 7″. Установка шин на диск рекомендованной ширины тоже имеет большое значение.
Увеличение посадочного размера шины и уменьшение высоты профиля -вещь хорошая. Низкопрофильные шины имеют боле жесткие боковины, что улучшает отзывчивость на движение руля и позволяет сохранить пятно контакта с покрытием. Как бы то ни было с фанатизмом к снижению высоты профиля относиться нельзя.
Сверхнизкопрофильные шины более чувствительны к изменениям вносимым в подвеску и углам развала. Жесткие боковины и абсолютно плоский протектор не так хорошо прилегают к полотну. Это делает сверхнизкопрофильные шины чувствительными к ударам, толчкам, так как низкой боковине просто некуда сжиматься, поглощая мелочь на дороге. Импульсы при езде по грубым покрытиям вызовут постоянное соскальзывание и подпрыгивания, потерю сцепления. Так же большие размеры колес и шин увеличивают неподрессореные массы.
Например многие энтузиасты, устанавливают на свои компактные хетчи-малолитражки колеса дюймов на 17 с профилем 40. Выглядит несомненно круто, но это «комбо» слишком велико и слишком тяжело для оптимальных характеристик. Хардкорные пилоты, использующие в качестве болидов точно такие же машины предпочитают легковесные 15″ дюймовые колеса с шинами от 195- до 225/50.
Огромные колеса так же увеличивают передаточное отношение. Их большой вес увеличивает эффект маховика, уменьшая показатели разгона и черезмерно нагружает тормоза. Максимальны практичный диаметр дисков -18″, для самых крупных машин. Да вобщем то этот размер ныне самый большой для выпукаемых гоночных шин.
Само собой чтобы добиться нормальной работы подвески нужно максимально снижать неподрессоренные массы, в которые в том числе входят и рычаги подвески, тормоза, половина амортизатора.
Лучший пример больших неподрессоренных масс -это американские Монстр-траки. Даже ввиду того что у них ходы подвесок измеряются уже не в сантиметрах а в дециметрах, неподрессоренные массы не дают водителю возможности точно и адекватно управлять автомобилем.
Неподрессоренные массы монстров вполне сравнимы с подрессоренными, благодаря огромным осям, шинам и элементам подвески. Это крайне негативно сказывается на работе амортизаторов, которым приходиться выполнять кучу работы, дабы погасить кол*цензура*ия. Уменьшите неподрессоренные массы и работа амортизаторов станет гораздо эффективней, колеса всегда будут иметь контакт с полотном.
Свниманием подходите к выбору колесных дисков, чем они легче -тем проще разгоняться и тормозить, они так же способны серьезно снизить неподрессоренные массы.
Легким весом способны похвастаться кованые диски, а так же диски исполненные по технологии MAT(most advanced technology) -у таких колес обод прочнее чем центральная часть, благодаря хитрому центробежному литью. такие производят к примеру Enkei и Kosei.
Остерегайтесь дешевых легкосплавных колес, известны множество случаев поломки или пластилиновой мягкости, при использовании подобных изделий на гоночных трассах. такие не выдерживают элементарных нагрузок, не говоря уже об атаковании поребриков.
2.Шаг второй. Уменьшение продольных и поперечных кренов.
Самая важная из элементарных подвесочных доработок это уменьшение диапазонов крена кузова. Крен во время поворота, клевки при торможении и «козление» при разгоне создают проблемы для водителя.
В опровержение популярного мнения, крен не загружает внешние к повороту колеса. Хуже, он ухудшает управляемость ослабляя реакцию шасси на поворот руля, торможение и разгон -все критически важные действия для контроля автомобиля.
Движения кузова так же вызывают ощущение что машина не управляется достаточно хорошо. Крен, клевки и задирание морды -способствуют отсутствию уверенности за рулем. Гляньте как проходит поворот формула -просто гладит поворот и молниеносно выходит из него, без каких либо кренов. А теперь гляньте на какое нибудь местячковое соревнование в классе сток — машины раскачиваются, скользят, беспрестанно пищат шинами, с дикими кренами.
Вот здесь то и таится все проблема.
Черезмерные движения кузова таят в себе кучу побочных эффетов. Раскачивания и крены передка, задка или кузова целиком перегружают шины, перегрузка моментально перерастает в потерю сцепления. Результат обычно- возвращение домой на эвакуаторе.
Черезмерные ходы подвески могут так же привести к другой проблеме. Большинство стоковых автомобилей имеют компромиссную геометрию подвесок, и некоторые проблемы могут возникнуть в тот момент когда ходы подвесок выходят за рамки разумного. Первое, при черезмерных ходах и кренах подвеска может огорошить вас появлением положительного развала. Это приносит больше всего вреда в подвесках типа McPherson -там угол развала изначально статичен и развал меняется вместе с креном кузова. Не так сильно этот эффект проявляется в подвесках многорычажных -машина кренится а шины меньше подвержены наклону относительно полотна. Такое стечение обстоятельств, как крен и ограниченные возможности геометрии подвески, заставляет шины вставать на внешний край,вследствие чего уменьшается пятно контакта и теряется сцепление.
Еще один злющий эффет -это так называемый «bump steer», когда связанные элементы подвески находятся под разными «гуляющими» углами по отношению друг к другу во время их движения (динамическое изменение углов). Как результат, руль может оставаться неподвижным, но колеса будут петь свою песню благодарая раскачке. Водитель же чувствует подобные перемещения как нестабильность шасси вобщем. Представьте смесь кренов, клевков и козления — все эти процессы добавляют масла в огонь.
Теперь когда нам известно что движения кузова -это не есть хорошо, Будем разбирать как уменьшить паразитный эффект. Первое что потребуется сделать -увеличить жесткость пружин. Более жесткие пружины будут эффективно сопротивляться продольным и поперечным раскачкам, задираниям и комбинациям этих сил.
Конечно у более жестких пружин и большее усилие на распрямление после сжатия. Чтобы после установки жестких пружин машина не прыгала как козлик, нужны амортизаторы с увеличенными силами сопротивления. Амортизаторы никак не влияют на углы кренов, но влияют на то как подвеска будет реагировать на качество покрытия, и руление. Амортизаторы с увеличеным усилием отбоя предотвратят припрыгивания, «полеты» над волнами и неровностями. Большее усилие аммортизатора так же улучшает отклики автомобиля на руление. Слишком большое усилие отбоя может не давать подвеске принимать исходное положение, подвеска будет не успевать распускаться и станет прижиматься все сильнее и сильнее, что лишит ее хода вообще.
Другой способ уменьшить крен кузова в повороте -это установка увеличенных стабилизаторов поперечной устойчивости -торсионов, образно соединяющих левое и праве колесо. Они никак не действуют, до того момента, когда вы начинаете поворачивать. Как только появляется крен -стабилизатор начинает скручиваться, сопротивлясь крену. Стабилизаторы влияют на управляемость не так как пружины, они не участвуют в работе когда машина клюет носом или задирает его. Обычно демпфирование сил стабилизатора не требуется, поэтому при увеличении диаметра стабилизатора изменять характеристики амортизаторов тоже не нужно.
Ужесточение подвески несомненно ухудшит плавность хода, и довольно просто увлечься и сделать машину слишком жесткой. Часто так случается и подвеска вместо того чтобы обрабатывать выступы, кочки, и сохранять максимальное сцепление начинает просто «прыгать» в поворотах.
3.Шаг третий. Баланс шасси.
Теперь когда вы уменьшили крены и улучшили отзывчивость управления, можем заняться более продвинутыми вещами. Цель для большинства из нас -получить нейтральную поворачиваемость. Нейтральный баланс -когда все четыре колеса скользят в равной степени на протяжении всего поворота -самый быстрый способ прохождения в большинстве случав. В нейтрали вы используете максимальное сцепление с дорогой. Может показаться выдумкой, но большинство дрифтеров используют настройки нейтральной поворачиваемости, для того чтобы шире использовать разнообразные методы контроля над машиной в заносе.
К сожалению для энтузиастов, большинсво авто сходящих с конвеера имеют склонность к недостаточной поворачиваемости (understeer), когда на пределе передние шины начинают проскальзывать первыми. Производители намеренно производят такие машины так как недостаточная управляемость -проще и безопаснее для начинающих и среднестатистических водителей.
Недостаточная поворачиваемость неэффективна для достижения максимального бокового ускорения, потому как передние шины не могут использоваться эффективно -скользят, а потенциал задних не реализуется на все 100.
Еще недостаточная -самый медленный и скучный способ пройти поворот. Вывод? Uundersteer sucks. (дословно из оригинала текста:))
Если мы в борьбе с недостаточной управляемостью зайдем слишком далеко, мы незамедлительно спровоцируем избыточную (oversteer). Избыточная поворачиваемость появляется когда на пределе задние шины начинают скользить быстрее чем передние.
Дрифтеры тренируются и работают над техникой управления в условиях избыточной поворачиваемости, превращая это в искусство. Избыточная поворачиваемость может сделать из вас народного героя или посмешище. Контролируйте избыточную хорошо -и вас все полюбят. Делайте то же самое плохо — и те же люди будут смеяться когда вы будете возвращаться домой на эвакуаторе.
Как же нам настроить баланс автомобиля? Ответ есть -манипулированием углов увода! Что это? Угол увода -это разница между тем вектором куда шина направлена и тем куда она на самом деле двигается , то есть если посмотреть сверху на колесо во время поворота, то диск будет направлен в одну сторону, а покрышка будет как бы немного «не догонять» (не путайте увод с подламыванием). Когда этот угол слишком велик -шина начинает скользить.
Главная сила определяющая величину угла увода -это уровень загрузки каждого из колес во время поворота. Чем больше загружено колесо -тем больше работы на него приходится и больше будут углы увода. Переднеприводники с тяжелой передней частью сильно давят на передние шины, что вызывает больший угол увода чем в задних. Передние шины в какой то момент первыми перескакивают планку максимального угла увода и начинают скользить -как следствие вызывают недостаточную поворачиваемость. Заднемоторные машины (а-ля porsche 911) имеют большее распределение веса назад, поэтому первыми максимального угла увода достигают задние шины, такие машины имеют тенденцию к избыточной поворачиваемости. Среднемоторные же авто практически поровну разделяют загрузку между передней и задней осью. Это проявляется в виде нейтрального поведения на дороге.
Правильно играя загрузкой шин и углами увода, контролируя перераспределение веса достигается баланс шасси. Перераспределением веса и загрузкой шин в повороте многие естественные тенденции в управляемости вашего авто можно кардинально изменить. Возможно ли привить тяжелоносому переднеприводнику избыточную поворачиваемость? Да легко! Поглядите на самые удачные образцы переднеприводных гоночных машин — у них просто сумасшедший oversteer!
Как настройщику манипулировать величинами о которых мы говорим? Изменяя усилие пружин, стабилизаторов, размер и давление в шинах, и немного в меньшей степени тут решает усилие амортизаторов. Первое что должен испробовать тюнер -увеличить давление в шинах. Чем больше шина накачана, (небеспричинно естественно, фанатизму здесь тоже не место) тем меньший угол увода она может производить. Например если вы переднеприводнику немного увеличите давление на передней оси,а на задней наоборот -уменьшите, то это даст результат ввиде меньшего угла увода на передних шинах и большего -на задних. Только лишь эта простейшая манипуляция позволит уменьшить недостаточную поворачиваемость.
Изменение усилия пружин (springrate) и стабилизаторов имеет огромное влияние на увод шин. Используя более жесткие пружины или стабилизаторы на одной из осей спровоцирует большее перераспределение веса на внешнее колесо этой оси в повороте. Более мягкая ось будет сжиматься, а значит более жесткие пружины всей системы будут сопротивляться сжатию, передавая больший вес на шину заставляя ее работать при большем угле увода.
Самый эффективный способ избавиться от недостаточной поворачиваемости на переднеприводнике например, это установить более жесткий задний стабилизатор поперечной устойчивости. Так же наоборот, чтобы приручить врожденную избыточную, можно сделать переднюю подвеску жестче, и увеличить давление в задних шинах.
Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/id/5ad061a7a936f4899b1a2fbc/povyshaem-upravliaemost-avto-chetyre-prostyh-shaga-k-luchshei-upravliaemosti-5ad85b380422b428662b04db