Машинобудівні матеріали Опір матеріалів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

1. Потужність

Потужність - фізична величина, що дорівнює відношенню роботи, що виконується за деякий проміжок часу, до цього проміжку часу.

Ефективна потужність, потужність двигуна, віддана робочій машині безпосередньо або через силову передачу. Розрізняють корисну, повну і номінальну Е. м. двигуна. Корисною називають Е. м. двигуна за вирахуванням витрат потужності на приведення в дію допоміжних агрегатів чи механізмів, необхідних для його роботи, але мають окремий привід (не від двигуна безпосередньо). Повна Е. м. - потужність двигуна без вирахування зазначених витрат. Номінальна Е. м., або просто номінальна потужність, - Е. м., гарантована заводом-виробником для певних умов роботи. Залежно від типу і призначення двигуна встановлюються Е. м., регламентовані стандартами або технічними умовами (наприклад, найбільша потужність суднового реверсивного двигуна при певній частоті обертання колінчастого валу в разі заднього ходу судна - так звана потужність заднього ходу, найбільша потужність авіаційного двигуна при мінімальному питомій витраті палива - так звана крейсерська потужність і т.п.). Е. м. залежить від форсування (інтенсифікації) робочого процесу, розмірів і механічного ККД двигуна.

- Середня потужність

- Миттєва потужність

Тому що робота є мірою зміни енергії, потужність можна визначити також як швидкість зміни енергії системи.

У системі СІ одиницею вимірювання потужності є ват, рівний одному джоуль, поділеному на секунду.

Іншою поширеною одиницею виміру потужності є кінська сила.

Співвідношення між одиницями потужності

Одиниці

Вт

кВт

МВт

кгс · м / с

ерг / с

л. с.

1 ват

1

10 -3

10 -6

0,102

10 липня

1,36 · 10 -3

1 кіловат

10 березня

1

10 -3

102

10 жовтня

1,36

1 мегават

10 Червень

10 березня

1

102.10 3

13 жовтня

1,36 · 10 березня

1 кілограм-сила-метр за секунду

9,81

9,81 · 10 -3

9,81 · 10 -6

1

9,81 · 10 липня

1,33 · 10 -2

1 ерг за секунду

10 -7

10 -10

10 -13

1,02 · 10 -8

1

1,36 · 10 -10

1 кінська сила [2]

735,5

735,5 · 10 -3

735,5 · 10 -6

75

7,355 · 10 Вересня

1

Якщо на рухоме тіло діє сила, то ця сила здійснює роботу. Потужність в цьому випадку дорівнює скалярному добутку вектора сили на вектор швидкості, з якою рухається тіло:

F - сила, v - швидкість, α - кут між вектором швидкості і сили.

Електрична потужність - фізична величина, що характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії.

Прилади для вимірювання потужності

  • Ватметрів

  • Варметри

  • Фазометр

2. Основні поняття: опір матеріалів

Опір матеріалів, наука про міцність і деформованості елементів (деталей) споруд і машин. Основні об'єкти вивчення Опір матеріалів - стрижні і пластини, для яких встановлюються відповідні методи розрахунку на міцність, жорсткість і стійкість при дії статичних і динамічних навантажень. Опір матеріалів базується на законах і висновках теоретичної механіки, але, крім цього, враховує здатність матеріалів деформуватися під дією зовнішніх сил. Фізико-механічні характеристики (межа плинності, межа міцності, модуль пружності і т.п.), необхідні для оцінки міцності та деформативності матеріалів, визначаються за допомогою випробувальних машин та спеціальних вимірювальних приладів - тензометрів. При випробуваннях забезпечуються необхідні умови завантаження та висока точність вимірювання деформацій зразків матеріалів. Найбільш характерно випробування на розтяг зразків, що являють собою стержні круглого перерізу або смуги з перетином у вигляді вузького прямокутника. За результатами цих випробувань будується т. н. діаграма розтягу-стиску. Маючи в своєму розпорядженні діаграмою випробування і користуючись розробленими в Опір матеріалів методами розрахунку, можна передбачити, як буде вести себе реальна конструкція, виготовлена ​​з того ж матеріалу.

Основний зміст і методи з опротівленіе матеріалів. При деформації твердого тіла під навантаженням змінюється взаємне розташування його мікрочастинок, внаслідок чого в тілі виникає внутрішня напруга. В Опір матеріалів визначаються найбільші напруження в елементах споруд чи деталях машин. Вони порівнюються з нормативними величинами, тобто з напруженнями, які можна допустити, не побоюючись пошкодження або руйнування цих елементів (деталей). Перевірці підлягають також деформації тіла і переміщення його окремих точок. Крім необхідної міцності, конструкція повинна бути також стійкою, тобто володіти здатністю при малих випадкових короткочасних діях, що порушують її рівновагу, лише незначно відхилятися від вихідного стану. Виконання цієї вимоги залежить від зовнішніх сил, геометрії елемента (деталі) і від фізичних констант матеріалу.

Для розрахунку елементів конструкцій в Опір матеріалів розробляються наближені інженерні методи, які використовують кінематичні та статичні гіпотези, які в більшості випадків виявляються досить близькими до дійсності. При виведенні розрахункових формул для визначення напружень і переміщень проводиться схематизація елемента, що розраховується споруди, його опорних закріплень і діючої навантаження, інакше кажучи, створюється розрахункова схема (модель) об'єкта.

При побудові загальної теорії розрахунку в Опір матеріалів розглядаються т.зв. ідеалізовані тіла з властивостями, лише приблизно відображають поведінку реальних об'єктів. Тіла вважаються однорідними (з властивостями, однаковими в усіх точках), суцільними (без порожнеч), що володіють пружністю (здатністю відновлювати свої розміри після зняття навантаження), ізотропними (з однаковими пружними властивостями в усіх напрямках). На основі вивчення найпростіших деформацій - розтягування-стиснення, кручення, згинання в Опір матеріалів виводяться формули, які дозволяють для кожного з цих видів деформацій визначати напруги, переміщення і деформації в окремих точках тіла. При наявності одночасно двох або кількох простих деформацій, що протікають в пружній стадії (для якої справедлива лінійна залежність між напругою і деформаціями), напруження і деформації, знайдені окремо для кожного виду, сумуються.

Багато матеріалів (наприклад, бетон) мають властивість повзучості, внаслідок якої деформації можуть зростати з часом при незмінному навантаженні. В Опір матеріалів встановлюються закони розвитку повзучості і час, протягом якого вона помітно проявляється, а також розглядається вплив на стрижень ударного навантаження, при якій виникають динамічні напруги; останні визначаються по наближеним формулами, виведеним на основі ряду припущень. При розрахунку елементів складної форми, для яких аналітичні формули вивести не вдається, застосовують експериментальні методи (наприклад, оптичний, лакових покриттів, муарових смуг тощо), що дозволяють отримувати наочну картину розподілу деформацій по поверхні досліджуваного елемента (деталі) і обчислювати напруги в його окремих точках. Найбільшу трудність представляє визначення т. зв. залишкових напружень, які можуть виникати в елементах конструкцій, що не несуть навантаження (наприклад, при зварюванні або в процесі прокатки сталевих профілів).

Одна з важливих завдань Опір матеріалів полягає у створенні т. н. теорій міцності, на основі яких можна перевірити міцність елементів у складному напруженому стані, виходячи з характеристик міцності, отриманих дослідним шляхом для простого розтягування-стиснення. Існує ряд теорій міцності; в кожному окремому випадку користуються тією з них, яка найбільшою мірою відповідає характеру навантаження та руйнування матеріалу.

Історична довідка. Історія Опір матеріалів, як і багатьох інших наук, нерозривно пов'язана з історією розвитку техніки. Зародження науки про Опір матеріалів відноситься до 17 ст.; Її основоположником вважається Галілей, який вперше обгрунтував необхідність застосування аналітичних методів розрахунку замість емпіричних правил. Важливим кроком у розвитку Опір матеріалів з'явилися експериментальні дослідження Р. Гука (60-70-і рр.. 17 ст.), Який встановив лінійну залежність між силою, яка додається до розтягнутого стрижня, і його подовженням (закон Гука). У 18 ст. великий внесок у розвиток аналітичних методів у Опір матеріалів був зроблений Д. Бернуллі, Л. Ейлером і Ш. Кулоном, сформулювали найважливіші гіпотези і створили основи теорії розрахунку стержня на вигин і крутіння. Дослідження Ейлера в області поздовжнього вигину послужили основою для створення теорії стійкості стрижнів і стрижневих систем. Т. Юнг ввів (1807) поняття про модуль пружності при розтягуванні і запропонував метод його визначення.

Важливий етап у розвитку Опір матеріалів пов'язаний з опублікуванням (в 1826) Л. Нав'є першого курсу Опір матеріалів, що містив систематизований виклад теорії розрахунку елементів конструкцій та споруд. Принципове значення мали праці А. Сен-Венана (2-я половина 19 ст.). Їм вперше були виведені точні формули для розрахунку на вигин кривого бруса і сформульований принцип, згідно з яким розподіл напружень у перерізах, віддалених на деякій відстані від місця прикладання навантаження, не пов'язане зі способом її застосування, а залежить тільки від рівнодіючої цього навантаження.

Великі заслуги в розвитку Опір матеріалів належать російському вченим М.В. Остроградському, дослідження якого в галузі Опір матеріалів, будівельної механіки, математики та теорії пружності придбали світову популярність, і Д.І. Журавському, вперше встановив (1855) наявність дотичних напружень в поздовжніх перерізах бруса і отримав формулу для їх визначення (ця формула застосовується і в сучасній практиці інженерних розрахунків). Загальне визнання отримали дослідження Ф.С. Ясинського, який розробив (1893) теорію поздовжнього вигину в пружній стадії і за її межами (рекомендації Ясинського послужили основою для розробки сучасних нормативних документів в СРСР і за кордоном).

На початку 20 ст. розширення масштабів застосування залізобетонних і сталевих конструкцій, поява складних машин і механізмів зумовили швидкий розвиток науки про Опір матеріалів були опубліковані класичні підручники С.П. Тимошенко з Опір матеріалів та будівельної механіки, праці О.М. Динника по подовжньому вигину, стійкості стиснутих стержнів та ін

Подальшому вдосконаленню методів Опір матеріалів сприяло створення в СРСР ряду науково-дослідних установ для проведення досліджень у галузі розрахунку конструкцій. З'явилися нові розділи С. м. Великий вплив на розвиток Опір матеріалів зробили праці Н.М. Бєляєва в області пластичних деформацій, А.А. Ільюшина з теорії пластичності, Ю.М. Работнова і А.Р. Ржаніцина з теорії повзучості. Значним внеском у науку про Опір матеріалів стала створена В.З. Власовим теорія розрахунку тонкостінних стрижнів і оболонок. Важливі фундаментальні дослідження виконані радянськими вченими Н.І. Безухова, В.В. Болотіним, А.Ф. Смирновим, В.І. Феодосьевим та ін

Одна з найважливіших завдань Опір матеріалів - встановлення причин і характеру руйнування матеріалів, що вимагає всебічного теоретичного та експериментального вивчення процесів, що відбуваються в мікрооб'ємах тіла, зокрема характеру виникнення і розвитку тріщин. Встановлено існування таких (граничних) напружень, перевищення яких тягне за собою прогресуючий зростання вже з'явилися тріщин, що приводить в кінцевому рахунку до руйнування тіла. Якщо напруги менше вказаної межі, то тіло, що має тріщини, знаходиться в стані тріщиностійкості. У деяких випадках під дією навантаження руйнування в мікроелементах поширюються на весь об'єм тіла (особливо при високих температурах). Дослідження цих питань вимагає створення нового важливого розділу механіки деформівного тіла - механіки руйнування. Ще недостатньо вивчено ряд питань т. н. втомної міцності матеріалів, зокрема міцність елементів (деталей) машин при їх тривалому циклічному навантаженні.

У зв'язку з появою нових конструкційних матеріалів (наприклад, пластмас, легких сплавів) виникла необхідність створення теорій міцності, що відображають специфічні властивості цих матеріалів. Сучасні технологічні процеси (наприклад, із застосуванням високих тисків) дозволяють отримувати матеріали з дуже високою міцністю, поведінка яких під навантаженням недостатньо вивчено і потребує цілеспрямованих досліджень.

3. Машинобудівні матеріали

Чавун ВЧ50 ГОСТ 7293-85. Високоміцний чавун, межа міцності на розтяг 50 кгс / мм 2.

Високоміцними називають чавуни з кулястим графітом, який утворюється в литій структурі в процесі кристалізації.

Кулястий графіт, що має мінімальну поверхню при даному обсязі, значно менше послаблює металеву основу, ніж пластинчастий графіт, і не є активним концентратором напружень.

Для отримання кулястого графіту чавун модифікують частіше шляхом обробки рідкого металу магнієм (0,03-0,07%) або введенням 8-10% магнієвих лігатур з нікелем або ферросилицием.

Під дією магнію графіт в процесі кристалізації приймає не пластинчасту, а кулясту форму. Чавуни з кулястим графітом мають більш високі механічні властивості, не поступаються властивостям литий вуглецевої сталі, зберігаючи при цьому гарні ливарні властивості та оброблюваність різанням, здатність гасити вібрації, високу зносостійкість і т.д.

Чавун ВЧ 50, має d = 2% і 180-260 HB. В'язкість руйнування перлітним чавунів становить 180-250 Н 'мм 3 / 2. Температура плавлення t пл »1200 ° С, s Т = 35 кгс / мм 2, теплоємність (при 0 ° С) 0,129 ккал / кг 'град, теплопровідність (при 20 ° С) 43 ккал / м' ч 'град, щільність 7 , 4 г / см 3, питомий опір 0,5 Ом 'мм 2 / м.

Для підвищення механічних властивостей (пластичності і в'язкості) та зняття внутрішніх напружень, виливки ЧШГ піддають термічній обробці (відпалу, нормалізації, загартуванню та відпуску).

Виливки з високоміцного чавуну широко використовують у різних галузях народного господарства; в автобудуванні і дизелебудуванні для колінчастих валів, кришок циліндрів та інших деталей; у важкому машинобудуванні - для багатьох деталей прокатних станів; в ковальсько-пресовому обладнанні (наприклад, для Шабот-молотів, траверс пресів, прокатних валків); в хімічній та нафтовій промисловості - для корпусів насосів, вентилів і т.д.

Високоміцні чавуни застосовують і для виготовлення деталей верстатів, ковальсько-пресового устаткування, що працюють у підшипниках і інших вузлах тертя при підвищених і високих тисках (до 1200 МПа).

АС40 ГОСТ 1414-54 сталь автоматна, легована свинцем, містить 0,4% вуглецю, 1,0-1,5% свинцю.

Оброблюваність різанням є однією з важливих технологічних характеристик сталі. Добре обробляється різанням підвищує продуктивність праці і скорочує витрати інструменту, що має особливо важливе значення для масового виробництва.

Тому в промисловості широко застосовують автоматні сталі, що дозволяють проводити обробку різанням з великою швидкістю, збільшити стійкість інструмента і отримати високу якість оброблюваної поверхні.

Сірка в автоматної сталі знаходиться у вигляді сульфідів марганцю MnS, тобто витягнутих уздовж прокатки включень, які сприяють утворенню короткою і ламкою стружки. При підвищеному змісті сірки зменшується тертя між стружкою і інструментом через змащуючого дії сульфідів марганцю.

Фосфор, підвищуючи твердість, міцність і охрупчівая сталь, сприяє утворенню ламкою стружки і отримання високої якості поверхні.

Свинець присутній в сталі у вигляді дисперсних частинок, покращує оброблюваність різанням інструментом з швидкорізальної сталі.

Автоматні сталі добре обробляються, але схильні до красноломкость, тобто до крихкості при гарячій механічній обробці. Модуль пружності Е = 2 х 10 5 МПа, модуль зсуву G = 8,1 '10 Квітень МПа, коефіцієнт Пуассона m = 0,25 (при температурі 20 ° С). Твердість за Бринелю 170-200 HB, температура плавлення 1400-1500 ° С.

Р12Ф3 ГОСТ 19265-73 швидкоріжуча сталь, містить 12% вольфраму, 3% ванадію.

На відміну від інших інструментальних сталей швидкорізальні сталі володіють високою теплостійкістю (красностойкостью), тобто здатністю зберігати мартенситную структуру і високу твердість, міцність і зносостійкість при підвищених температурах, що виникають в ріжучій крайці при різанні з великою швидкістю. Ці сталі зберігають мартенситную структуру при нагріванні до 600-650 ° С, тому застосування їх дозволяє значно підвищити швидкість різання (в 2-4 рази) і стійкість інструментів (у 10-30 разів) у порівнянні зі сталями, що не володіють теплостійкістю.

Основними легуючими елементами швидкорізальних сталей, що забезпечують їх теплостійкість, є в першу чергу вольфрам і його хімічний аналог - молібден. Сильно підвищує теплостійкість (до 645-650 ° С) і твердість після термічної обробки (67-70 HRC) кобальт і в меншій мірі ванадій. Ванадій, утворюючи дуже твердий карбід VC, підвищує зносостійкість інструменту, але погіршує шліфована.

Для зниження твердості (250-300), поліпшення обробки різанням і підготовки структури стали загартуванню після кування швидкорізальної сталь піддають відпалу при 800-830 ° С. Для додання стали теплостійкості інструменти піддають гарту і багаторазовому відпуску. Температура гарту стали 1220 ° С. Щоб уникнути утворення тріщин при нагріванні до температури гарту застосовують підігрів інструменту при 800-850 ° С 10-15 хвилин або при 1050-1100 ° С 3-5 хвилин, а великої інструменту, крім того, ще за 550-600 ° С 15 - 20 хвилин. Для одержання більш високої твердості 63 HRC і теплостійкості 59 HRC при 620 ° С витримку при нагріванні під загартування збільшують на 25%. Для зменшення деформації інструментів застосовують східчасту гарт у розплавлених солях температурою 400-500 0 С. Структура швидкорізальної сталі після загартування представляє собою високолегований мартенсит, що містить 0,3-0,4% С, надлишкові нерозчинені карбіди і залишковий аустеніт. Зазвичай вміст залишкового аустеніту становить 28-34%. Залишковий аустеніт знижує ріжучі властивості сталі, і тому його присутність в готовому інструменті неприпустимо.

Після гарту слід відпустку при 550-570 0 С, що викликає перетворення залишкового аустеніту в мартенсит і дисперсійне твердіння в результаті часткового розпаду мартенситу і виділення дисперсних карбідів. Це супроводжується збільшенням твердості (вторинна твердість). Оптимальний режим відпустки, який би найбільшу твердість і високі механічні властивості: 350 0 С 1 годину (перша відпустка) і 560-570 0 С по 1 годині (наступні два відпустки). Іноді для зменшення вмісту залишкового аустеніту безпосередньо після гарту інструмент простої форми зі швидкорізальної сталі охолоджують до -80 0 С. твердість сталі після загартування складає 62-63 HRC, а після відпустки - 63-65 HRC.

Ріжучі властивості і твердість інструмента, який не піддається переточуванні по всіх гранях можна підвищити низькотемпературним азотуванням при 550-560 0 С. тривалість процесу 10-30 хв. Твердість шару 1000-1100 HV і товщина його 0,03-0,05 мм.

Сталь Р12Ф3 застосовується у фасонних різцях і різцевих головках на автоматах, в плашках круглих для нарізування твердих металів, в розгортках машинних. Сталь Р12Ф3 з високим вмістом ванадію знайшла застосування в чистових інструментах для обробки в'язкої аустенітної сталі і матеріалів, що володіють абразивними властивостями. Цю сталь можна застосовувати для різання металів з ​​HB 250-280.

МА18 ГОСТ 14957-76 деформується магнієвий сплав номер 18.

Магнієві сплави мають малу щільністю »1,76 р. / см 3. T пл» 650 ° C, s В = 200 МПа, d = 11,5%, 30-40 НВ. Теплоємність 0,233 ккал / кг 'град (при 0 ° C).

Магнієві сплави, що мають гексагональну решітку, при низьких температурах малопластична, так як зсув відбувається тільки по площинах базису. При нагріванні до 200-300 ° C з'являються додаткові площини ковзання, і пластичність зростає, тому обробку тиском ведуть при підвищених температурах. Чим менше швидкість деформації, тим вище технологічна пластичність магнієвих сплавів. Пресування в залежності від складу сплаву ведуть при 300-480 ° C, а прокатку в інтервалі температур від 340-440 (початок) до 225-250 ° C (кінець). Штампування проводять в інтервалі температур 480-280 ° C в закритих штампах під пресами. Внаслідок текстури деформації напівфабрикати (листи, прутки, профілі та ін) з магнієвих сплавів виявляють сильну анізотропію механічних властивостей. Холодна прокатка вимагає частих проміжних рекристаллизационного отжигов.

Так як на повітрі магній легко запалюється, то його застосовують у піротехніці та хімічної промисловості. А завдяки малій щільності, високої питомої міцності, хорошому поглинанню вібрації сплави магнію знайшли широке застосування в авіаційній і ракетній техніці.

Основні прийняті позначення

Позначення

Терміни

Розмірність

s в

Межа міцності при розтягуванні

кгс / мм 2

s т

Межа плинності

кгс / мм 2

HB

Твердість за Бринелю

кгс / мм 2

HRC

Твердість по Роквеллу

кгс / мм 2

HV

Твердість за Віккерсу

кгс / мм 2

Список використаної літератури

  1. Ануров В.І. Довідник конструктора-машинобудівника: У 3-х т. Т. 1. М.: Машинобудування, 1982 - 736 с.

2. Ачеркан Н.С. Довідник металіста: У 3-х т. Т. 2. М.: Машинобудування, 1965 - 678 с.

3. Журавльов В.М., Миколаїв О.І. Машинобудівні стали: Довідник, М.: Машинобудування, 1992 - 480 с.

4. Лахтін Ю.М., Леонтьєва В.П. Матеріалознавство, М.: Машинобудування, 1990. - 528 с.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Контрольна робота
63.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Опір матеріалів 4
Опір матеріалів 2
Сировина матеріали способи виготовлення пакувальних матеріалів і тари з металу для м`ясних консервів
Хвильовий опір
Лекция 7 Хвильовий опір хвильовода
Перетворювач опір - тривалість імпульсу
Активне опір злу за творами Василя Бикова
Опір кадровим інновацій причини та шляхи подолання
Інноваційне управління підприємством джерела інновацій та опір їм
© Усі права захищені
написати до нас