Тұрақты күш түскенде беріктікке есептеу

Т
ұрақты күш

Егер үлгі ретінде жұмыр денені алып (2.2, а-сурет), оны созатын болсақ, дене қимасында пайда болатын күш кернеуі қиманың барлық нүктелерінде бірдей болады және бұл кернеуді номинал кернеу деп атайды. Енді сол жұмыр денеге ойық салатын болсақ (2.2, б-сурет), күштің шамасын өзгертпесек те, кернеу бірден өзгеріп кетеді. Дене қимасының сыртқы нүктелерінде кернеу бірнеше есе артады, себебі денеге салынған кез келген ойық оның беріктігін кемітеді. Беріктіктің кемуі немесе кернеудің артуы сол ойықтардың пішініне байланысты болады. Ойықтан пайда болатын бұрыш неғұрлым сүйір болса, сыртқы нүктелерде кернеудің шамасы соғұрлым көп болады (2.2, в, г, д-суреттер). Сондай-ақ, кернеу шоғырлануы бөлшектердің қалыңдығына да байланысты.

Сонымен, дене қимасында ойық болса, онда кернеу шоғырлануы байқалады, номинал кернеумен бірге максимал кернеу де пайда болады. Шоғырлану коэффициенті деп, максимал кернеудің номинал кернеуге қатынасын айтады:

; . (2.1)
Шоғырлану коэффициенті қалыпты кернеулер мен жанама кернеулердің қатынасын көрсетеді.

Шоғырлану коэффициенті екі түрлі болады. Егер шоғырлану коэффициенті геометриялық пішінімен қатар айнымалы күш түскен кездегі төзімділік шегінің төмендігін көрсетсе, оны тиімділік шоғырлану коэффициенті деп атайды.

2.2-сурет. Кернеу шоғырлануы

Шоғырланғлану коэффициентімен танысқаннан кейін тұрақты күш түскенде дененің өлшемін беріктікке есептеп шығаруға тоқталайық. Денеге бір тұрақты күш әсер еткен кезде, оны беріктікке есептеу үшін ең алдымен сол дене немесе сол мәшине бөлшегі қандай материалдан жасалғанын білуіміз қажет.

Барлық бөлшектер жасалатын материалдардың ( болат, шойын, қорытпа, пластмасса және т.б. ) қасиеттеріне байланысты морттық және пластикалық материалдар болып екіге бөлінеді. Егер болатты созатын болсақ, ол кернеудің артуына байланысты созыла бастайды және осы созылу күш кернеуіне байланысты болады. Егер созу күшін алып тастайтын болсақ, болат бұрынғы қалпына қайтып келеді, былайша айтқанда, болат мұнда өзінің серіппеге тән қасиетін байқатады. Егер созу күшін көбейте беретін болсақ, болат белгілі бір кернеуге жеткенше өзінің серпімділік қасиетін сақтайды. Міне, болаттың осы серпімділік қасиетін бұзбайтын ең үлкен күшке сәйкес келетін шекті кернеуді серпімділік шегі деп атайды. Ал сол кернеуден асатын болсақ, күш кернеуі өспесе де болат ары қарай созыла береді де өзінің серпімділік қасиетінен айырылады немесе пластикалық деформация алады. Болаттың осы қалпына сәйкес келетін күш кернеуін созылу немесе ағу шегі деп атайды.

Сонымен, болаттың созылу немесе ағу шегі деп, оның серпімділік қасиетінен айырылуына сәйкес келетін күш кернеуін айтады. Болатты одан әрі соза бергенде, ол аздап созылады да, үзіліп кетеді.

Болаттан жасалған бөлшектердің пішіні оларға күш түскенде өзгермеуі қажет, сонда ғана мәшинелер жақсы жұмыс істеуі ықтимал.

Егер морт сынатын затты, айталық , шойынды созатын болсақ, ол аздап созылғаннан кейін-ақ бірден сынып кетеді. Материалдардың (болаттың, шойынның) сынбай, үзілмей қабылдай алатын ең жоғары күшке сәйкес келетін күш кернеуін беріктік шегі деп атайды.

Морт сынатын материалдардан жасалған бөлшектерге ең алдымен шойыннан жасалған бөлшектер жатады. Олар шамадан тыс күш түскенде морт сынып кетеді. Сондықтан шойыннан жасалған бөлшектер үшін сыну қаупі беріктік шегінің шамасына байланысты болады. Ал болаттан жасалған бөлшектер сынудан бұрын көп созылады, сондықтан олардың беріктігі созылу немесе ағу шегіне байланысты болады. Сонымен, тұрақты күш түскенде морт сынатын материалдардан жасалған мәшине бөлшектерінің қимасы беріктік шегіне байланысты есептелетін болса, ал пластикалық материалдан жасалған бөлшектер ағу шегіне байланысты есептеледі. Былайша айтқанда, шойыннан жасалған мәшине бөлшектерінде мүмкіндік кернеу беріктік шегіне, ал болаттан жасалған бөлшектерде мүмкіндік кернеуі созылу немесе ағу шегіне байланысты табылады.

Шойын денелер үшін:
. (2.3)
Ал болаттан жасалған денелер үшін:
, (2.4)
мұндағы -беріктік шегі; - ағу шегі; S - беріктік қоры; -геометриялық шоғырлану коэффициенті.

Болаттан жасалған денелер үшін геометриялық шоғырлану коэффициенті есепке алынбайды. Себебі тұрақты күш түскенде олар өздерінің пластикалық қасиетіне байланысты кернеу көп түскен нүктелерге созылу деформациясы болады да, барлық қимада кернеу шамасы бірдей болып қалады.

мұндағы - әсер етуші созылу немесе иілу кернеуі , олар пластикалық материалдар үшін бірдей; - есептегі бұралу кернеуі; , - материалдардың ағу шегі.

Иілу және бұралу кезіндегі материалдардың ағу шегі шамамен мынаған тең болады:

Егер денеге түскен күштердің шамасы және бағыты уақытқа байланысты өзгеріп отырса, ондай күштерді айнымалы күштер деп атайды. (2.1-сурет ).

Айнымалы күштер өздерінің шамасы мен бағытының өзгеруіне байланысты үш түрге: пульсирлік цикл, симметриялық цикл, айнымалы цикл болып бөлінеді.

1. 
   Пульсирлік цикл. Егер күштердің шамасы нөлден бастап көбейіп, белгілі бір шамаға жеткеннен кейін қайтадан нөлге тең болатын болса, онда ондай циклді пульсирлік цикл деп атайды. Күш кернеуі мен уақыт арасындағы байланысты графикпен (2.1, в-сурет ) кескіндеуге болады. Пульсирлік циклде:
   

Ең аз күш кернеуінің ең көп күш кернеуі шамасына қатынасын асимметрия дәрежесі деп атайды және сол күш кернеуінен кейін таңба ретінде белгіленіп, сол күш кернеуі қандай циклде пайда болатынын көрсетеді. Мысалы, пульсирлік цикл үшін асимметрия дәрежесі:

2. 
   Симметриялық цикл. Мұнда күштердің шамасы да, бағыты да өзгереді. Күштер шамасы нөлден бастап белгілі бір шамаға дейін артады да, қайтадан нөлге дейін төмендеп, одан әрі бағытын өзгертеді. Күш кері бағытта да өзінің бастапқы белгілі шамасына дейін артып, қайтадан нөлге тең (2.1, r-сурет) болады. Былайша айтқанда, күш кернеуі симметриялық циклмен немесе синусоида графигі бойынша өзгереді
   

Төзімділік шегі болып белгіленеді.

кез келген кері таңбалы сан болып келеді: , және т.б.

Айнымалы циклмен өзгеретін күштер көбінесе симметриялық немесе пульсирлік циклге келтіріліп есепке алынады. Сондықтан практикада бөлшектерді симметриялық және пульсирлік циклмен түсетін күшке есептейді.

Айнымалы күштер әсер еткенде бөлшектер төзімділік шегі немесе қажу шегі арқылы есептеледі.

Материалдардың төзімділік шегі көптеген жағдайларға, атап айтқанда:

1. 
   циклдердің түрі мен олардың асимметриялық дәрежесіне;
   
2. 
   кернеу шоғырлануын пайда ететін оймалар мен бөлшектердің пішініне;
   
3. 
   бөлшектердің өлшемдеріне (масштабтық көрсеткіш);
   
4. 
   жасалу технологиясы мен беттерінің өңделуіне, бет бедерлеріне байланысты болады.
   

Қатаңдыққа: 1) қатаңдықтың аздығынан бөлшектер беріктігі аз болатын жағдайда. 2) Бір бөлшектің қатаңдығының аздығынан екінші бөлшек істен шығуы мүмкін болған жағдайларда ғана есептеу қажет. Мысалы, біліктер қатаңдығы аз болса, олар күш түскенде көп иіледі де, тісті берілістердің ілінісу бұзылады, ал подшипниктер мүлде істен шығады. Сондықтан біліктердің иілу жай тісті берілістер үщін нен аспауы қажет, мұнда тісті берілістердің модулі.

3) Технология талаптарына сәйкес есептеу. Мысалы, станок бөлшектерінің қатаңдығы сол станоктардың дәлдігіне әсер етеді. Сондай-ақ рессорларды, серіппелерді және басқа серпімді денелерді де қатаңдыққа есептеу қажет. Есептеу жолдары материалдар кедергісі курсында қаралады.

Орнықтылық дегеніміз күш түскен кезде денелердің пластикалық деформация алмау қабілеттілігі. Орнықтылыққа ұзын және жіңішке сығу күшін қабылдайтын бөлшектер, мысалы, ұзын винттер, штоктар, домкрат винттері , іші қуыс біліктер т.б. жатады.


2.7 Тозуға төзімділік

Тозған бөлшектер көбінесе төмендегі бұзылу жағдайларына әкеп соғады:

1. 
   Тозу нәтижесінде бөлшектердің беріктігі төмендейді және динамикалық күштердің шамасы артады. Бұл жағдай бөлшектердің сынуына әкеп соғады.
   
2. 
   Приборлардың, өлшеу аспаптарының және станоктар бөлшектерінің тозуы, олардың дәлдігін кемітіп, қолдануға жарамсыз етеді. Қазіргі уақытта тозудың көптеген түрі анықталды. Тозу мәшине бөлшектерінің жанасу бетіне сырттан енген қаттылығы жоғары абразивтер түсуден, тотығудан, металдардың бірімен-бірі қабысып қалудан және қажудан пайда болады.
   
3. 
   Мәшинелердің пайдалы әсер коэффиценті азайып, шу көбейеді. Мәшине бөлшектерінің тозуға төзімділігін арттыру үшін оларға мынадай жағдайлар жасалуы қажет:
   

2. Қыздырып және химиялық әдістермен өңдеу арқылы тозуға төзімділігін арттыруға болады. Мысалы, көміртегімен қандыру, хромдау, азоттау және т.б. өңдеу арқылы болаттардың беріктігін, тозуға төзімділігін бірнеше есе арттыруға болады.

3. Тез тозатын бөлшектерді ауыстырмалы немесе жылжымалы етіп жасаған жөн. Мысалы, сырғанау подшипнигінің астарын ауыспалы етіп жасау немесе конусты подшипниктердің сыртқы сақинасын жылжымалы етіп жасау тозудан пайда болатын санылауды болдырмауға мүмкіндік туғызады.

4. 
   Бірімен-бірі жанасатын бөлшектердің материалдарын дұрыс таңдау жөн: а) тісті дөңгелектерді мейлінше қаттылығы жоғары етіп жасаған дұрыс. Шыныққан болаттан жасалған тісті дөңгелектер салмағы жағынан жақсартылған болаттан жасалған тісті дөңгелектерден үш есе кем және олардың жұмыс істеу мерзімі жоғары. Шыныққан болаттардың қаттылығы абразив бөлшектерінің қаттылығынан жоғары болған жөн; ә)үйкелісте болатын мәшине бөлшектерінің бірін қаттылығы жоғары материалдан (мысалы, шыныққан болат), ал екіншісін үйкеліс коэффициенті кем, тозуға төзімді материалдан (қола, жез, баббит жасаған жөн; б) тек қана тат басып үгіліп тозудан жыл сайын мемлекет 10 млн. тоннадай металл жоғалтады, олардың құны бірнеше миллиард теңгеге жетеді.
   

Мәшине бөлшектеріне шамадан тыс күш түсіргенде, олар тез істен шығып қалады, оның себебі:

1. 
   Материалдардың беріктігі төмендейді, металдардың температурасы 300…400С-қа жеткенде олардың беріктігі төмендеп, өздігінен «жылжу» пайда болады, былайша айтқанда, пішінін өзгерте бастайды.
   
2. 
   Жоғары температурада май өзінің майлау қасиетінен айырылады. Айталық, автотрактор майы температурасы 120С-қа жетпей-ақ бұзылады, тек
   

3. 
   Ыстықтың әсерінен бөлшектер арасындағы саңылау азаяды, дәлдік кемиді және басқа ұнамсыз жағдайлар пайда болады.
   

Бөлшектердің бұзылмай жұмыс істеу қабілеттілігінің ықтималдылығы

Егер істелген жұмыс уақытында бірдей бұйымдардың санынан бұйымның істен шығуы себебінен бұйым алынатын болса, онда бұйымның бұзылмай жұмыс істеу қабілеттілігінің ықтималдылығы

Айталық, мысалы, =1000 дана бұйымның ішінен бірдей жағдайда тексеру нәтижесінде 5000 сағ істелген жұмыстан кейін =100 дана бұйым қатардан шығып қалатын болса, онда осы бұйымның бұзылмай жұмыс істеу қабілеттілігінің ықтималдылығы

Күрделі бұйымның бұзылмай жұмыс істеу қабілеттілігінің ықтималдылығы оның бөлек элементтерінің бұзылмай жұмыс істеу қабілеттілігінің ықтималдылықтарының көбейтіндісіне тең

Бұзылу қарқыны . Бұйымды тексерудің немесе пайдаланудың әр түрлі периодында уақыт бірлігіндегі бұзылу саны әртүрлі. Уақыт бірлігіне келетін бүзылу санын бұзылу қарқыны деп атайды.

Алдыңғы мысалда тексеру кезінде 0 – ден 5000 сағ интервалында қатардан 100 бұйым шығып қалды. Бұл орташа 1 сағ ішінде бұйымның 0,02-ті бұзылатынын білдіреді (1 бұйым 50 сағатта бұзылады).

Бұзылу қарқыны уақыт немесе жұмыс көрсеткішіне байланысты (2.5-сурет). Мәшине бөлшектерінің бұзылу қарқыны алғашқы кезде жоғары болады, себебі дайындау кезінде жіберген қателіктер мен ақаулар бірден байқалып, олар тез істен шығады (қалыптасу периоды). Одан кейін бұзылу қарқыны бірқалыпты болады (қалыпты пайдалану периоды). Бөлшектер тозып, төзімділігі нашарлаған уақытта бұзылу қайтадан көбейеді (тозудың пайда болу периоды). Одан әрі бұйымды пайдалануды тоқтату керек.

2.11 Мәшине бөлшектерін жасау технологиясының оңайлығы

Мәшинелерге және оның бөлшектеріне қойылатын ең негізгі талаптардың бірі – оларды жасау технлогиясының оңай болуы. Жасау технологиясының оңай болуы мәшиненің құнын едәуір арзандатады. Берілген зауыт жағдайында аз еңбек және қаржы шығынымен дайындалатынын бөлшектің жасау технологиясы оңай және үнемді болып табылады. Конструкцияның технологиялығы төмендегілермен сипатталады:

1. 
   Механикалық өңдеуді көп қажет етпейтін конфигурациясы қарапайым
   

2. 
   Берілген конструкцияның унификациясымен, яғни мәшиненің әртүрлі тораптарында бірдей бөлшектерді қолданумен.
   
3. 
   Бөлшектердің стандартты конструктивтік элементтерін, сонымен қатар стандартты дәлдік кластарын және қондыруды кеңінен қолданумен.
   
4. 
   Өндірісте бұрын игерілген бөлшектер мен тораптарды жаңа мәшинеде қолданумен.
   

а) техникалық тапсырма. Бұл этапта мәшине конструкциясының схемасы қарастырылады;

б) кинематикалық, беріктік, жылулық және басқа жобалау және тексеру есептері орындалады;

в) тораптардың конструкциясы қарастырылады, мәшиненің жалпы көрінісінің және бөлшектердің жұмыс сызбалары орындалады;

г) бөлшектерді және тораптарды дайындаудың технологиялық процесі, жинау және бақылау қарастырылады;

д) мәшиненің құны және техникалық-экономикалық көрсеткіштері анықталады.

1. 
   Тапсырмаға сәйкес жобаланатын механизмнің атқаратын қызметін, әсер ету принципін және жұмыс істеу режимін анықтайды және кинематикалық схемасын жасайды. Ол үшін бұрыннан бар конструкцияларға сүйенеді.
   
2. 
   Қажетті қуатты анықтайды және қозғалтқышты таңдап алады.
   
3. 
   Кинематикалық есеп жүргізеді. Бұл есепте механизмнің беріліс сандарын, бөлшектердің сызықтық және бұрыштық жылдамдықтарын анықтайды.
   
4. 
   Бөлшектердің жұмыс істеуі кезінде оларға әсер ететін біліктердегі айналдыру моменттерін және күштерді есептеп анықтайды.
   
5. 
   Бөлшектердің есептеу схемаларын қысқаша түрде жасайды (мысалы, біліктерді ілуге есептегенде, оларды екі тіректе жатырған арқалықтар ретінде қарастырады).
   
6. 
   Бөлшектердің жобалау есебін жүргізеді, яғни материалды және оның термиялық өңдеу түрін, есептік коэффициенттерді және басқа шамаларды қабылдап алады, ал содан кейін жұмыс істеу қабілеттілігінің басты критериі бойынша өлшемдерді анықтайды және МЕСТпен сәйкестендіреді.
   
7. 
   Бөлшектердің алынған өлшемдері бойынша механизмнің конструкциясы жасалынады.
   
8. 
   Бөлшектердің тексеру есебін жүргізеді және, егер қажет болса, олардың конструкциясына және өлшемдеріне қажетті өзгерістер енгізеді.
   
9. 
   Бөлшектердің жұмыс сызбаларын орындайды.