Геометрических несовершенств

Взаимозаменяемостью называется такой принцип конструирования, производства и эксплуатации изделий, который позволяет независимо изготовленные детали без дополнительной обработки собирать в машины или приборы и получать готовые изделия с оптимальными значениями эксплуатационных показателей. В широком смысле взаимозаменяемость означает постоянство геометрических: кинематических, механических, электрических, оптических или других параметров, определяющих качество готовых изделий того или иного типа.

Точностью размера детали или механизма называется степень соответствия действительных размеров, геометрических, кинематических и других параметров их заданным значениям. С уменьшением этого несоответствия (ошибок или погрешностей) повышается точность параметров, однако прогрессивно возрастает стоимость изготовления и эксплуатации изделий.

Развитие теории механизмов и машин связано с прогрессом техники. По мере повышения уровня машиностроения получали развитие и различные разделы теории механизмов. Развитие машиностроения в начале нашего столетия привело к разработке теории структуры механизмов и машин. Усложнение кинематических схем машинных агрегатов обусловило необходимость в разработке методов кинематического расчета механизмов. Совершенствование дви-гателестроения вызвало увеличение скоростей работы машин, что потребовало развития методов динамических расчетов. В теории механизмов и машин развились методы расчетов отдельных типов механизмов (рычажных, зубчатых, кулачковых и др.), учитывающих взаимное влияние геометрических, кинематических и динамических факторов на качественные показатели работы механизмов. Это привело к созданию теорий зацепления, колебаний и др.

Графические методы основаны на представлении механизмов и параметров их движения на чертежах в определенных, преимущественно стандартных масштабах длин. При этом угловые перемещения представляются для плоских механизмов без искажений. Отличаясь наглядностью, графические методы приводят к погрешностям и имеют ограниченную сферу применения (преимущественно для решения геометрических задач). Аналитические методы весьма разнообразны и основываются на различных приемах математики. Значение аналитических методов возросло с внедрением в практику вычислений электронных вычислительных машин. Аналитические методы пригодны для решения геометрических, кинематических и динамических задач и распространяются на любые виды функций и уравнений, а также неравенств, решение которых необходимо при синтезе механизмов по различным, в том числе оптимальным, критериям. Особенностью аналитических методов является недостаточная наглядность процесса вычислений, что частично восполняется применением дисплеев и графопостроителей. Кроме того, для получения достоверных результатов при использовании ЭВМ необходимо иметь полную информацию об особенностях функций, уравнений и их систем, которые непременно должны учитываться при решении задач или составлении программ для ЭВМ во избежание получения неверных результатов.

Равенства (6.3) и (6.6) пригодны для определения геометрических, кинематических и динамических ошибок положений звеньев, если соответственно в числе Дд,- фигурируют геометрические, кинематические и динамические параметры. Эти равенства дают возможность определять ошибки положения выходного звена как функции обобщенной координаты q0> за которую, в одноподвижных механизмах обычно выбирают координату положения входного звена.

оценка динамики изменения геометрических, кинематических, силовых, точностных и других параметров станков при протекании процессов различной скорости и определение скорости изменения резерва точности и коэффициента резерва точности.

Разработанные методы моделирования геометрических, кинематических и кинетостатических параметров плоских механизмов [1-......

В диагностировании по требованию предполагается активное участие персонала с использованием измерительных приборов, технической документации и инструкций. Предусматривается в случае необходимости обмен информацией между обслуживающим персоналом потребителя и изготовителем оборудования и проведение углубленного диагностирования изготовителем, использующим банк данных и программное обеспечение. Периодическое диагностирование (ежегодное и раз в полгода) включает подробный профилактический осмотр, обработку эталонных деталей, измерение геометрических, кинематических и динамических параметров с использованием малых ЭВМ. Рассматривается также возможность применения автоматических систем, использующих микропроцессоры оборудования и внешние ЭВМ, измерительные приборы, анализаторы, записывающие и запоминающие устройства. При постановке диагноза применяется логический анализ (дерево дефектов), используются статистические данные об отказах. Большая сложность решаемых задач требует децентрализации диагностической системы и применения периферийных устройств: дисплеев, перфораторов, магнитных дисков, печатающих и считывающих устройств и др. Все большее применение автоматизированные системы контроля находят в агрегатных станках. Измеряются крутящие моменты, уровни вибраций, скорости, перемещения. При постановке диагноза используются программируемые контроллеры, цветные дисплеи, базовое математическое обеспечение, приспосабливаемое к конкретным случаям применения.

В задачах технологической надежности станков изучается изменение параметров обрабатываемых деталей, как характеристик качества станков, зависящих от изменений геометрических, кинематических, силовых и др. параметров элементов конструкции станков при различных видах энергии (механической, тепловой, химической, электромагнитной). Представленная функциональная схема процесса обработки на станке позволяет исследовать эти взаимосвязи, так как рассматривает изменения переменных состояния х,(т) (параметров точности обрабатываемых деталей) станка, как объекта регулирования при изменениях переменных состояния г/,/ и г/;-/ (систем I и II) под действием /г-, fj (различных видов энергии).

висимости от геометрических, кинематических и динамических параметров последнего. Результаты теоретических исследований качественно подтверждены экспериментом с применением стробоскопической фотосъемки.

Движение стрел при программированном и свободном управлении обычно осуществляется объемным гидроприводом. Цель исследований — разработать методы расчета основных геометрических, кинематических и гидравлических параметров механизма стрел при программировании управления и создать некоторые принципиальные схемы гидропривода как для программированного, так и для свободного управления рабочим органом.

В предыдущих примерах при определении точек бифуркации и критических нагрузок рассматривались не только простейшие механические системы, но и их предельно идеализированные схемы. Возникает естественный вопрос, насколько полно и точно такие схемы могут отражать поведение реальных систем. Так, в рассматриваемых выше примерах считалось, что оси стержней до нагружения расположены строго вертикально. В реальной системе практически всегда начальный угол отклонения оси стержня от вертикали не равен нулю. На тех же простейших примерах выясним, насколько существенно влияние начальных геометрических несовершенств такого типа на поведение систем под нагрузкой, т. е. насколько различно поведение систем, имеющих начальные геометрические несовершенства, и идеализированных.

В результате геометрических несовершенств и не строго осе-симметричного нагружения реальная оболочка начинает отклоняться от своей исходной формы. Затем при некотором значении нагрузки хлопком переходит в новое состояние равновесия (ср. с поведением упругой системы, рассмотренной в гл. 1).

Нетрудно показать также, что соответствующим подбором угла между линиями центров 0jt?2 и Ог03 передачи, изображенной на рис. 6, можно также уменьшить вибрация в передаче, возникающие из-за периодического изменения жесткости. С помощью упрощенной одномассовой динамической модели зубчатой передачи можно также изучить влияние шероховатости и других геометрических несовершенств на колебательные режимы передачи как случайно изменяющихся во времени параметров [11]. Спектральные характеристики этих параметров должны быть связаны и дополнительно изучены с учетом частоты обработки профиля зуба и класса точности на изготовление.

Один из путей выравнивания температуры в зоне контакта и увеличения контактной проводимости состоит в применении тонких прокладок из мягких теплопроводных металлов (алюминия, меди, олова, свинца, кадмия и т.п.) [15, 16]. Такие прокладки могут скомпенсировать влияние геометрических несовершенств соприкасающихся поверхностей и привести к существенному увеличению площади фактического контакта даже при невысоких уровнях контактного давления. В этом случае условия сопряжения нестационарных температурных полей в контактирующих элементах можно представить в виде [12]

При испытаниях трубопроводов и конструктивных элементов повышенным давлением происходит перераспределение (выравнивание) напряжений в теле труб, особенно в зонах геометрических несовершенств, понижается опасность раскрытия оставшихся микротре-щин за счет возникновения полей остаточных напряжений сжатия в зонах концентраторов напряжений.

В главе 'сформулированы и решены некоторые конкретные задачи устойчивости упругих прямых стержней и прямоугольных пластин. Такие задачи встречаются при расчете тонкостенных элементов ракетных конструкций. Рассматриваются три круга вопросов: определение критических нагрузок для идеально правильных стержней и пластин, влияние начальных геометрических несовершенств и поведение упругих стержней и пластин после потери устойчивости.

Всякая реальная оболочка из-за геометрических несовершенств сразу же после приложения нагрузки начинает отклоняться от своей начальной формы (кривая ОСг на рис. 8.13, б). При достижении некоторого значения нагрузки оболочка теряет устойчивость, переходя хлопком в новое состояние равновесия (из точки Сг на кривую С2С). Если такой хлопок сопровождается только упругими деформациями оболочки, то при последующем уменьшении внешнего давления происходит обратный хлопок (из точки С2 на кривую ОС]).

Одним из основных видов геометрических несовершенств РВС является отклонение формы днища по площади от заданной по проекту формы. К ним, в первую очередь, относятся хлопуны-выпучины и вмятины-впадины. Их размеры, как по площади, так и по стреле подъема по действующим правилам (СНиП 3.03.01-87) установлены произвольно без научного обоснования.

В работах [l-3J рассматривалась задача о выборе' рациональных схем армирования идеальных цилиндрических оболочек, работающих на сжатие. Реальные оболочки, используемые в качестве конструктивных элементов, как правило, обладают несовершенствами типа начальной погиби. Как известно [4 ] , несовершенства указанного типа существенно влияют на запас устойчивости оболочек при некоторых видах нагружения и могут приводить к недопустимому понижению несущей способности конструкций, как это имеет место, например, в случае сжимаемых в осевом направлении цилиндрических оболочек и всесторонне обжимаемых сферических оболочек* В научной литературе вопрос о влиянии начальных геометрических несовершенств на устойчивость оболочек освещен достаточно подробно для изотропных оболочек. В связи с широким использованием в инженерной практике композитных материалов освещение указанного вопроса представляет интерес и для композитных оболочек с различными схемами армирования. Наличие такой информации позволило бы более обоснованно выбирать конструктивные и технологические параметры проектируемых оболочечных конструктивных элементов из композитных материалов.

При отпуске под напряжением закаленной углеродистой или среднелегирован-пой стали деформационное последействие всегда направлено против правки, т. е. к некоторому (как правило, умеренному) восстановлению первоначальных геометрических несовершенств. Эта тенденция уменьшается с повышением температуры отпуска.

Помимо рассмотренных возможны также технологические несовершенства. Например, при соединении оболочки со шпангоутом сваркой в шве и примыкающей к нему зоне имеются остаточные сварочные напряжения. Их величина может быть достаточно большой и зависит от технологии изготовления (режима сварки, подготовительных операций). Для снятия напряжений применяют отжиг конструкции, если это позволяет материал. С целью компенсации снижения несущей способности из-за сварочных напряжений и геометрических несовершенств в околошовной зоне увеличивают жесткость стенки. В вафельных оболочках наиболее просто это достигается увеличением на 20...25% ширины ребер. Практика подтверждает, что при тщательно отработанных технологических процессах подготовки к сварке и режимах сварки можно добиться существенного уменьшения влияния внутренних сварочных напряжений и геометрических несовершенств и избежать необходимости введения локальных усилений.