Динамических перегрузок

привить навыки использования измерительной аппаратуры для определения!' кинематических и динамических параметров машин и механизмов. ;

При изготовлении деталей механизмов и в процессе их эксплуатации происходят отклонения размеров и формы звеньев, возникают их деформации, изменяется характер сопряжений деталей. Все это приводит к изменению кинематических и динамических параметров механизмов и влияет на точность и надежность выполнения ими функций в приборах и машинах. Перемещения скорости и ускорения звеньев реального механизма всегда

В отличие от динамических параметров базовая статическая грузоподъемность и эквивалентная статическая нагрузка обозначаются соответственно С0 и Р0.

§ 2. Методы измерения кинематических и динамических параметров

В первой главе дано физическое описание процесса распространения возмущений в виде волн напряжений. Указаны способы возбуждения возмущений и методы измерения кинематических и динамических параметров волн напряжений. Сформулирована задача о распространении волн напряжений и указан метод решения ее для областей возмущений нагрузки, разгрузки и отраженной волны. Рассмотрены особенности взаимодействия волн напряжений при их распространении.

В настоящей главе разъясняются физическая природа возникновения и распространения возмущений, рассматриваются разнообразные методы измерения кинематических и динамических параметров. Приводятся динамические уравнения и определяющие соотношения, даются необходимые механические пояснения, важные для понимания сущности рассматриваемой проблемы. Приведена физико-математическая постановка динамической задачи и изложен общий эффективный метод ее решения. Достаточно детально обсуждены условия на фронте волны возмущений, выяснены области возмущений, инициированные волнами нагрузки и разгрузки, а также проанализировано отражение и взаимодействие волн напряжений ^при их распространении.

§ 2. Методы измерения кинематических и динамических параметров волн напряжений

точки тела. Эта задача имеет большое научное и практическое значение, однако решение ее весьма сложно из-за быстрого изменения параметров во времени, малой продолжительности процесса и некоторых других причин. Разработаны методы экспериментального исследования процесса распространения волн возмущений в теле, основанные на различных принципах измерения кинематических и динамических параметров. Это механические, фотографические и электрические методы.

В схемы устройств для измерения кинематических и динамических параметров процесса распространения волн напряжений входят датчики, являющиеся преобразователями механических возмущений в электрические сигналы, и измерительная аппаратура, позволяющая регистрировать эти сигналы. Рассмотрим принцип работы и устройство датчиков и измерительной аппаратуры. Установим требования, предъявляемые к ним, на примере аксельрометра [прибора для замера ускорения, представляющего собой систему с одной степенью свободы и состоящую из инерционного элемента массы М, упругого чувстви-

Методы измерения кинематических и динамических параметров волн напряжений 18—30

привить навыки использования измерительной аппаратуры для определения кинематических и динамических параметров машин и механизмов.

От насоса 2 рабочая жидкость поступает к распределителю 4, который управляет гидроцилиндрами рабочего оборудования экскаватора. В напорной секции распределителей вмонтированы предохранительные (первичные) и обратные клапаны. Предохранительные клапаны служат для предотвращения перегрузок в напорных линиях, обратные — для исключения противотока жидкости от гидроцилиндров к насосу в период включения золотника. В поршневой и штоковой линиях гидроцилиндра стрелы 7 установлена коробка предохранительных и подпиточных клапанов во избежание динамических, перегрузок и кавитационного режима работы главного гидроцилиндра.

зависит от массы деталей, связанных с валами, и крутильной жесткости самих валов. Во избежание чрезмерных динамических перегрузок разность угловых скоростей соединяемых валов не должна быть значительной.

Если в циклически деформируемой детали имеется трещина, размер которой меньше предельного размера нераспространяющейся усталостной трещины, то опасность воздействия на такую деталь динамических перегрузок не превышает опасности воздействия таких же перегрузок на деталь без трещины. Влияние одиночных перегрузок ударного характера исследовали на образцах из отожженной углеродистой стали (0,36 % С; 0,27% Si; 0,53% Мп; 0,011% Р; 0,014% S; ат = 337МПа; ов = = 532 МПа; 6 = 23,3 %; ^ = 42,1 %). Испытывали на усталость при изгибе с вращением консольные образцы диаметром 15 мм, имеющие кольцевой V-образный концентратор напряжений глубиной 1,5 мм, радиусом при вершине 0,35 мм и углом раскрытия 60°. Перегрузку одинаковой интенсивности (400 МПа) создавали в образцах, испытывавшихся при различных амплитудах стационарного режима (300, 250, 200 и 150 МПа) и при разных долговечностях (до возникновения усталостной трещины и при числах циклов, характерных для появления трещин разной глубины 0,1; 0,2 и 0,3 мм) В результате экспериментов было установлено, что влияние однократной динамической перегрузки зависит от того, в какой момент она приложена: до возникновения усталостной трещины перегрузка приводит к увеличению долговечности; пепегрузка, приложенная после возникновения трещины, приводит к небольшому снижению долговечности. Наиболее опасно воздействие перегрузки, когда глубина трещины превышает критическую. Критическая глубина трещины, выше которой обнаруживается более сильное влияние перегрузки, соответствует глубине нераспространяющейся трещины для данного концентратора напряжений (рис. 55). Для исследованных образцов предельная глубина нераспространяющейся трещины составляет 0,25 мм.

Воздействие на гидросистему значительных динамических перегрузок, колебания давления приводят к сокращению срока службы и разрушению управляющей и регулирующей аппаратуры, насоса, уплотнений поршня и штока, стыковых и фланцевых соединений, находящихся в зоне этих давлений. Отсутствие методов и средств контроля настройки начала торможения и нерациональный закон торможения, реализуемый осевыми дросселями^ приводит к удару клапана о седло и упоры.

При расчетах параметров тормозного устройства, как правиле, требуется, чтобы величина участка торможения не превышала заданной, а время торможения удовлетворяло заданному быстродействия системы. Веков изменения площади проходного сечения дросселя определяет характер торможения поршня, т.е. время и дуть торможения, а также модуль ускорения, от которого зависят динамические нагрузки в системе. Две первые характеристики имеют решающее значение для работы системы, в которую включен рассматриваемый механизм. Кроме того, часто требуется исключить условия, способствующие возникновению динамических перегрузок узлов машины. Следовательно, модуль ускорения движущихся частей должен быть минимальным. В дальнейшем будет выявлена взаимосвязь указанных характеристик и уточнена поставка задачи оптимизации, исходя из наиболее часто встречающихся задач проектирования.'

Реализация закона управления тормозным дросселем может быть различной. Однако на практике чаще всего используется обычный (механический) опоооб изменения площади проходного сечения дросселя в зависимости or перемещения. При зтом, несмотря на to, что минимальный уровень динамических перегрузок в системе наблюдается при перемещении золотника согласно закону управления, близкого к параболическому» чаще всего принимается линейный закон изменения площади

а) наличие систематических динамических перегрузок, например, пусковых, при которых муфта не должна срабатывать или может срабатывать с последующим автоматическим восстановлением соединения (фрикционная муфта);

контактным напряжением в полюсе зацепления ак >• 130 кГ/мм^) рекомендуется изготовлять из стали 20Х с цементацией и закалкой (HRC 56—58) — объемной или с нагревом т- в. ч. в кольцевом индукторе ниже дна впадины на 1,5— 3 мм. Для изготовления отдельных зубчатых колес, подверженных действию значительных динамических перегрузок, рекомендуется сталь 12ХНЗА (с цементацией и закалкой, HRC 56—60).

1) возникновение меньших динамических перегрузок (вызванных дефектами изготовления и монтажа) в связи с менее трудным изготовлением точных зубьев колес из пластмасс и тем, что модули упругости их в несколько или в несколько десятков раз меньше, чем модули металлов и их сплавов;

Монолитными обычно выполняют небольшие шестерни (фиг. XII. 10), чаще всего из текстолитов, реже из стеклопластиков. С учетом упомянутых ранее преимуществ пластмасс, из них часто готовят небольшие шестерни для редукторов, которые работают в паре со стальными колесами, как, например, в редукторе прокатного стана, показанном на фиг. XII. 11, шестерня выполнена из текстолита, примененного с целью уменьшения динамических перегрузок, гашения вибраций и устранения шума, возникающего при совместной работе металлических колес.

В соответствии со статистическими данными деформация и вязкое разрушение являются причиной 15—20 % всех отказов. Образование хрупких трещин чаще происходит при низких температурах эксплуатации, наличии исходных дефектов типа трещин, повышенных остаточных напряжениях, возникновении статических и динамических перегрузок, а также при увеличении размеров начальных дефектов под действием циклических эксплуатационных нагрузок и коррозии. Хрупкое разрушение судов, мостов, кранов, строительных и дорожных машин обычно начинается в зонах концентрации напряжений и происходит после некоторой наработки. Это говорит о роли накопления эксплуатационных повреждений и увеличения вероятности одновременного сочетания факторов, способствующих снижению сопротивления хрупкому разрушению.

Запасы по разрушающим нагрузкам назначают в пределах 1,5-2,0. Большие из указанных запасов выбирают для циклически нагружаемых элементов конструкций, изготовляемых из хладолом-ких малоуглеродистых сталей или сталей повышенной прочности и низкой пластичности, чувствительных к концентрации напряжений, скорости деформирования и обладающих повышенным разбросом характеристик сопротивления разрушению. Повышенные запасы прочности по разрушающим нагрузкам принимают для элементов конструкций, определение эксплуатационной нагруженное™ которых затруднено из-за сложности конструктивных форм, наличия высоких остаточных напряжений (например, от сварки и монтажа), возникновения нерасчетных статических и динамических перегрузок. Такие элементы конструкции обычно трудно контролировать при изготовлении и эксплуатации. В этих случаях запасы по разрушающим нагрузкам повышают до 2,2-2,5.