Испытывают напряжения

1 1ричины, вызывающие необходимость затраты дополнительной энергии, отличаются большим разнообразием. Наиболее существенны потери на преодоление сопротивления относительному движению контактирующих твердых звеньев. Затраты мощности необходимы также для преодоления сопротивления движению звеньев окружающей среды — воздуха (особенно при больших скоростях), жидкостей, в частности смазочных материалов, для звеньев, полностью или частично погруженных в них (например, зубчатых колес, шарнирных соединений и т. п.). В процессе работы звенья испытывают деформации под воздействием передаваемых нагрузок, в результате чего потенциальная энергия упругих деформаций переходит в тепловую. Такие потери имеют место в упругом контакте колес фрикционных механизмов, в гибких звеньях. соответствующих механизмов (например, ременных). Относительные

Итак, в состоянии невесомости сила тяготения сообщает всем телам одинаковые ускорения, но при этом не изменяет состояния тел (тела не испытывают деформации) и не изменяет характера движения одного тела относительно другого (тела движутся одно относительно другого без ускорений). Словом, в состоянии невесомости сила тяготения сообщает всем телам одинаковое ускорение, но во всем остальном (деформации, относительные движения) тела ведут себя так, как будто сила тяготения отсутствует; происходит так не потому, что «сила тяготения перестает действовать», а именно потому, что сила тяготения «делает свое дело» — сообщает всем телам одинаковое ускорение.

Из определений видно, что при работе валы всегда вращаются и испытывают деформации кручения или изгиба и кручения, а оси — только деформацию изгиба (возникающими в отдельных случаях деформациями растяжения и сжатия чаще всего пренебрегают).

следовательно, испытывают лишь деформацию изгиба. Валы в отличие от осей служат для передачи вращающих моментов (рис. 39.2); под действием приложенных к ним нагрузок валы испытывают деформации кручения и изгиба.

Оси отличаются от валов тем, что не испытывают деформации кручения и рассчитываются на изгиб по формулам:

Все перечисленные выше вопросы относятся к механике твердого тела. Однако материал, из которого изготовляют части машин и сооружений, обладает упругостью, поэтому при нагружении устройства силами эти его части испытывают деформации, которые могут оказаться чрезмерными. Кроме того, при этом могут возникать недопустимые вибрации. В частях машин внутренние напряжения, сопутствующие деформациям, могут оказаться настолько большими, что приведут к их разрушению. Поэтому вопросы механики и прочности упругого тела занимают весьма важное место в нашем курсе.

Стыковые сварные швы в зависимости от направления внешних сил испытывают деформации растяжения или сжатия. Расчет стыковых соединений на статическую нагрузку не представляет трудностей и ведется на допустимое усилие на шов по равенству

Это предположение противоречит опыту. Естественные тела не являются ни идеально твердыми, ни идеально гладкими. Когда два естественных тела 'находятся в соприкосновении, то никогда касание не происходит в одной точке; оба тела испытывают деформации, вообще говоря, очень малые, вследствие которых касание происходит по малой части поверхности. Эти деформации постоянны, когда тела находятся в равновесии, и становятся переменными, когда одно тело скользит по другому. Тогда они вызывают колебания молекул и поэтому развивается тепло или электричество, на возникновение которых затрачивается часть работы движущих сил.

в) поперечные сечения не испытывают деформации в своей плоскости.

Выше рассмотрено соединение типа стяжки, в котором обе детали работают в условиях растяжения (нагрузка подводится и снимается с разных сторон). На практике распространены конструкции, в которых нагрузка подводится и снимается с одной стороны. Здесь имеет место поворот силового потока и детали испытывают деформации разного знака (стандартные резьбовые соединения и т. п.) .

Помимо деформаций, вызываемых продольной усадкой, конструкции испытывают деформации под действием поперечной усадки швов и наплавленного металла, прилегающего к швам. При симметричном расположении швов поперечные сокращения элементов симметричны. Величина поперечной усадки стыковых швов зависит от количества наплавленного металла и технологического процесса сварки (фиг. 23, а). При несимметричном распо-

В процессе нагрева и охлаждения внутренние напряжения изменяются, например при нагреве поверхностные слои металла испытывают напряжения сжатия, так как они стремятся расшириться, а этому препятствуют более холодные слои металла сердцевины. Наоборот, при охлаждении поверхности слои, имеющие более низкую температуру, чем сердцевина, испытывают напряжения растяжения, а сердцевина — напряжения сжатия.

В деталях, подвергающихся симметричному знакопеременному изгибу (коэффициент амплитуды а = 1), при котором поверхностные слои периодически испытывают напряжения растяжения и сжатия, наложение напряжений сжатия снижает коэффициент амплитуды, что, как известно, повышает предел выносливости (см. рис. 164). Коэффициент амплитуды дя* поверхностного слоя с остаточными напряжениями сжатия «г^ равен

Как общее правило, горячие участки детали с температурой, превышающей среднюю, испытывают напряжения сжатия, а более х о л о д н ы е — напряжения растяжения. Это же справедливо при

Полые цилиндрические детали. На практике встречаются случаи, когда при перепаде температур форма детали в силу ее конфигурации не меняется или меняется незначительно. Типичным примером является цилиндрическая труба большой длины. При одностороннем нагреве, например изнутри (рис. 242, а) труба, расширяясь в радиальном и осевом направлениях, сохраняет в целом цилиндрическую форму. Внутренние, наиболее нагретые слои стенки при этом испытывают "напряжения сяятия, а наружные, более холодные — напряжения растяжения. Напряжения падают только на свободном торце трубы, где сдерживающее влияние кольцевых сечений ослабевает, вследствие чего труба воронкообразно расширяется. '

ных значений, соответствующих началу разрушения или появления остаточных деформаций. Однако многие детали машин, в частности валы, вращающиеся оси, зубчатые колеса, дорожки тел вращения подшипников, пружины и т. п., испытывают напряжения, циклически изменяющиеся во времени. В этих случаях разрушение деталей наступает при напряжениях, значительно меньших предельных значений.

Расчет на прочность волновых передач. В кинематических волновых передачах зубья колес испытывают напряжения, поэтому размер модуля выбирают исходя из конструктивных соображений. Наиболее напряженной деталью является гибкое колесо, тонкая стенка которого испытывает растягивающие и сжимающие напряжения от изгиба и сдвигающие от кручения. Подробные сведения о геометрии, кпд, конструкциях и расчете деталей волновых передач приведены в литературе [6, 11, 20, 35]. Здесь ограничимся лишь некоторыми рекомендациями по этим вопросам [35].

Уравнение Журкова отражает температурно-временную зависимость прочности твердых тел при простом одноосном нагружении (растяжении). В то же время в процессе трения поверхностные слои трущихся тел испытывают напряжения различного вида и значительные деформации (особенно полимерные тела), приводящие к возникновению и накоплению микродефектов и к структурно-фазовым превращениям, которые сопровождаются изменением внутренней энергии, энтропии и других термодинамических параметров. Изменение названных термодинамических характеристик твердых тел (систем) наблюдается также при сжатии и растяжении тел. Подтверждение этому получено в ряде работ. Так, накопительный характер разрушения, наблюдаемый при объемной усталости, отмечен при изнашивании полимерных материалов [41]. Убедительным доказательством общности природы и механизма разрушения при фрикционном и одноосном нагружении являются полученная параллельность кривых фрикционной и объемной усталостей резин [42] и снижение сопротивления фрикционной усталости образцов полимерного материала, предварительно подвергнутых воздействию циклически изменяющейся осевой нагрузки или изгибу 43].

На рис. 18.2 показаны наиболее распространенные типы стыковых швов. Эти швы, как правило, не выступают над свариваемыми деталями и испытывают напряжения такие же, как и деталь в сечениях, смежных со швом. При толщине свариваемых элементов б < 3 мм кромки деталей отгибаются (рис. 18.2, а) и при сварке расплавляются, а при 6 > 6 мм кромки деталей срезаются под углом (рис. 18.2, б, в, е), что дает возможность осуществить сварку по всей толщине деталей.

На рис. 18.5 показаны примеры прочных заклепочных соединений: соединение внахлестку (а); соединение встык с одной накладкой (б) и соединение встык с двумя накладками (в). В соединениях (рис. 18.5, а) и (рис. 18.5, б) заклепки работают на срез в одном сечении (односрезный шов) и испытывают напряжения изгиба вследствие несимметричного приложения нагрузки в листах и в накладке. В соединении (рис. 18.5, в) заклепки работают на срез в двух сечениях (двухсрезный шов), изгиб отсутствует.

В курсе «Сопротивление материалов» рассматривали расчеты на прочность элементов конструкций, испытывающих действие статических нагрузок, при которых напряжения медленно возрастают от нуля до своего конечного значения и в дальнейшем остаются постоянными. Однако многие детали машин (например, валы, вращающиеся оси, зубчатые колеса, пружины и т. п.) в процессе работы испытывают напряжения, циклически изменяющиеся во времени. При этом переменные напряжения возникают как при действии на деталь переменной нагрузки, так и при действии постоянной нагрузки, если деталь изменяет свое положение по отношению к этой нагрузке. Простейший пример такого рода деталей —

Многие детали машин в процессе работы испытывают напряжения, циклически меняющиеся во времени. К ним относятся, в частности, валы, вращающиеся оси, пружины, рессоры и т.п. При этом переменность напряжений может' быть как следствием непостоянства действующей на деталь нагрузки, так и результатом изменения положения детали по отношению к постоянной нагрузке.