Курсовые и лабораторные. Примеры выполнения. Практическая и теоретическая подготовка к экзамену

Резьбовые соединения Резьбовыми соединениями называют разъемные соединения деталей с помощью резьбы или резьбовых  деталей (болта, винта, шпильки, гайки, шайбы).

Конструкции шпилек Шпильки применяют в тех случаях, когда в конструкции соединения нет места для головки болта или невозможно просверлить сквозное отверстие под болт. Шпильку используют также в тех случаях, когда материал соединяемых деталей не обеспечивает достаточной долговечности резьб при частых сборках и разборках (алюминиевые или магниевые сплавы, серый чугун).

Подшибники качения Выполняя лабораторную работу, студент обязан изучить конструкции и особенности основных видов подшипников качения по натурным образцам, представленным на стенде и в литературе, ознакомиться с их классификацией и условными обозначениями.

Критерии работоспособности подшипников качения Основные виды разрушения деталей подшипников качения: усталостное разрушение (выкрашивание) рабочих поверхностей тел качения и беговых дорожек колец вследствие циклического контактного нагружения – это основной вид разрушения подшипников наблюдается после длительной работы и сопровождается повышением шума и вибрации;

Испытания материалов и определение их физико-механических характеристик Определение основных механических характеристик стали на растяжение изучение процесса деформирования при растяжении образца из малоуглеродистой стали, определение основных механических характеристик прочности, пластичности и марки стали.

Влияние повторных нагрузок на механические свойства материалов.

Испытание на сжатие образцов из различных материалов изучение поведения пластичных, хрупких и анизотропных материалов при сжатии и определение их механических характеристик.

Испытание на кручение образца  из малоуглеродистой стали Ц е л ь р а б о т ы: определение модуля упругости второго рода (модуля сдвига), изучение процесса разрушения и определение механических характеристик стали и чугуна при кручении. Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь р а б о т ы. В инженерной практике на кручение работают валы машин, витые пружины и др. При кручении круглого и кольцевого стержня возникает деформация чистого сдвига.

В момент разрушения сопротивление деформированного образца вследствие упрочнения материала возрастает, и условная величина предела прочности   материала может быть определена по формуле

Замеряют штангенциркулем диаметр образца  в трех сечениях с точностью 0,1 мм и, вычислив среднее значение, записывают в журнал наблюдений. На образце закрепляют угломер Бояршинова, обеспечив при помощи специального шаблона базу измерения  и устанавливают образец в захватах машины.

Определение модуля продольной упругости и коэффициента Пуассона для стали

Испытание материалов на выносливость

Ц е л ь р а б о т ы: Ознакомление с методом определения предела выносливости материала и исследование влияния на его усталостную прочность концентрации напряжений.

Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь р а б о т ы . Способность материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, циклически изменяющихся во времени, называется выносливостью.

Изменение напряжений во времени изображают графиком в координатах нормальные (или касательные) напряжения – время, т. е. . Этот график обычно изображают в виде синусоиды. Совокупность всех последовательных переменных напряжений за один период их изменения называют циклом напряжений. Цикл нормальных напряжений характеризуют следующие параметры (рис. 2.17):

а) алгебраически наибольшее напряжение цикла: ;

б) алгебраически наименьшее напряжение цикла: ;

в) среднее напряжение цикла (статическая составляющая цикла) – алгебраическая полусумма максимального и минимального напряжений цикла:

;

г) амплитуда (переменное напряжение) цикла – алгебраическая полуразность максимального и минимального напряжений цикла:

;

д) коэффициент асимметрии цикла: ;

Среднее напряжение  может быть как положительным, так и отрицательным. Амплитуда цикла  всегда положительна. Максимальное и минимальное напряжения цикла можно выразить следующими зависимостями:

  

Переменные напряжения далеко не всегда изменяются во времени по синусоиде. Но как показывают опыты, закон изменения напряжений во времени на усталостную прочность материала влияет незначительно. В основном она зависит от величины и знака напряжений  и .

Испытания материалов на выносливость (усталостную прочность) выполняются как по нормальным напряжениям (при изгибе, при растяжении – сжатии), так и по касательным напряжениям (при кручении). По виду циклов их подразделяют на испытания при симметричном и при пульсирующем циклах напряжений.

 

 Рис.2.17. Виды циклов и их Рис. 2.18. Диаграмма испытаний

 характеристики стали на выносливость

- несимметричный цикл; (диаграмма Велера)

2,3 - пульсирующие циклы;

4 - симметричный цикл;

 Опытами установлен для каждого материала предел выносливости – наибольшее напряжение цикла, при котором образец может сопротивляться без разрушения неограниченно долго.

Обозначают его , где  - коэффициент асимметрии цикла. Так при симметричном цикле нагружения предел выносливости по нормальным напряжениям обозначают , при пульсирующем - .

Предел выносливости  определяют при построении диаграммы испытаний на выносливость в координатах: максимальное напряжение цикла – число циклов. При этом о величине  судят по результатам нагружения серии образцов (в количестве до 100 штук), одинаковых по форме, размерам и чистоте обработке. Диаграмму испытаний на выносливость называют диаграммой Велера (рис. 2.18).

При испытании первый образец нагружают так, чтобы создать в нем . Образец испытывают до разрушения, которое происходит при числе циклов . Второй образец испытывают при (на 40-20 н/мм2). Очевидно, что необходимое число циклов  для его разрушения будет больше, т. е. . От образца к образцу, снижают напряжения до тех пор, пока очередной образец не выдержит  циклов ( - заданное техническими условиями число циклов, называемое базой испытаний при определении предела выносливости). Обычно база испытаний принимается не ниже следующих величин:

а) для стали и сплавов, имеющих горизонтальный участок на кривой усталости, - =107 циклов;

б) для цветных металлов и легких сплавов, кривые которых не имеют горизонтального участка, - =108 циклов.

Величина предела выносливости  материала зависит от размера образца (масштабный фактор). С увеличением диаметра образца  уменьшается. Также на  влияют чистота обработки и концентрация напряжений.

При наличии на деталях машин концентраторов напряжений (выточек, отверстий, шпоночных канавок, резких переходов в размерах и т. п.) происходит снижение , которое учитывают эффективным (действительным) коэффициентом концентрации напряжений . Его значения приведены в справочниках. Если нет экспериментальных данных, то  вычисляют по значениям теоретических коэффициентов концентрации напряжений  и  по формулам

   (2.32)

где   - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений. Величина  возрастает с повышением прочности материала, но не может быть . Для деталей из серого чугуна , т. е. чугун не чувствителен к концентрации напряжений, что объясняется включениями графита между зернами чугуна. Это создает межкристаллическую концентрацию напряжений, которая в итоге оказывается больше внешней концентрации.

Диаграмма растяжения чугуна

Диаграмма растяжения чугуна, изображенная на рис. 3.4, является типичной для хрупких материалов. Диаграмма не имеет прямолиней­ного участка, так как упругие деформации не пропорци­ональны нагрузкам даже при небольших напряжениях. Нагрузка плавно увеличивается до наибольшего значения (точка Е). Напряжения при нагрузке Fmax соответствуют пределу прочности . После точки Е без уменьшения нагрузки происходит разрыв образца. Образец разруша­ется при весьма незначительном удлинении и без об­разования шейки. Остаточные деформации очень малы, обычно менее 1% от расчетной длины образца.

Характер разрушения чугунного существенно отлича­ется от разрушения стального образца. Разрушение чу­гунного образца происходит в результате отрыва по пло­щадке, перпендикулярной направлению растягивающей силы. На поверхности излома видна крупнозернистая структура материала.


На главную