Жесткость конструкции

ЖЕСТКОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЖЕСТКОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ

Жесткость конструкций определяют следующие факторы:

Факторы, определяющие жесткость конструкций........ . 205

Сводчатые, арочные, выпуклые, скорлупные формы уменьшают усадочные напряжения, улучшают условия отливки и увеличивают прочность деталей вследствие увеличения моментов сопротивления сечений. Повышается жесткость конструкций, что особенно важно для отливки из сплавов с низким модулем упругости (серые чугуны, легкие сплавы).

Устойчивость и жесткость конструкций в поперечном направлении может обеспечиваться как рамой, образованной жестким сопряжением ригелей с колоннами, так и постановкой поперечных связей (связевая схема). В случае, когда по условиям конструктивного оформления узлов примыкания ригелей и связей к колоннам эти узлы передают опорные моменты, образуется комбинированная схема, которая называется рамно-связевой (рис.2.1). Использование связевых и рамно-связевых схем каркаса позволяет существенно увеличить их поперечную жесткость, уменьшить

М. с. являются самым легким конструкционным металлич. материалом. Уд. вес их в зависимости от состава находится в пределах 1,76—2,0 г/см3, примерно в 4 раза меньше стали ив 1,5 раза меньше алюминия и его сплавов. Использование М. с. позволяет уменьшить вес и значительно повысить жесткость конструкций. Относит, жесткость при изгибе двутавровых балок равного веса и одинаковой ширины для стали равна 1, для алюминия — 8,9, а для магния — 18,9. Литейные М. с. по уд. прочности при комнатной темп-ре превосходят алюминиевые литейные сплавы, высокопрочные чугуны и нек-рые марки сталей. Сравнительные свойства магниевых, алюминиевых сплавов, сталей и чугуна приведены в табл. 4—10.

5. Сверхлегкие конструкционные сплавы. Сверхлегкие конструкционные сплавы созданы па основе магния или алюминия посредством легирования их самым легким металлом —литием (Li; удельный вес 0,53 Г/см3, Тсолидус= 186 °С). Такое легирование не только снижает удельный вес сплава, но и, что самое важное, улучшает пластические свойства (снижается температура, допускающая обработку давлением) и повышает модуль упругости, обеспечивая тем самым большую жесткость конструкций, изготавливаемых из магниеволитиевых сплавов (МЛС), по сравнению с жесткостью конструкции того же веса из других металлических материалов, включая сталь и титан. Удельный вес заключен в пределах 1,3—1,65 Г/см3; это ниже удельного веса промышленных магниевых

Нужно подчеркнуть также возможность отливать из чугуна заготовки деталей весьма сложных конструктивных форм, уменьшая количество соединений и стыков в узлах машин и тем' самым обеспечивая большую жесткость конструкций.

б) Повышение жесткости заготовок. Жесткость конструкций заготовок деталей имеет решающее значение при их механической, обработке с точки зрения сохранения правильности форм, достижения требуемой точности размеров и уменьшения трудоемкости на основе повышения режимов резания.

ным управлением второго поколения, предусматривающих возможность выполнения сложных технологических операций, требующих большого числа инструментов. Эти станки рассчитаны на параллельную и параллельно-последовательную обработку, имеют большую жесткость конструкций и более высокую мощность двигателя. Большинство станков обеспечивает различную точность обработки.

Так, жесткость конструкции определяется таким свойством материала, как модуль нормальной упругости (Е), и размеры изделия определяются его значением и величиной допустимой упругой деформации.

Кривошипные прессы имеют постоянный ход, равный удвоенному радиусу кривошипа. Поэтому в каждом ручье штампуют за один ход пресса, и производительность штамповки на прессах выше, чем на молотах. Наличие постоянного хода приводит к большей точности поковок по высоте, а высокая жесткость конструкции пресса, отсутствие ударов и сотрясений делают возможным применение направляющих колонок у штампов, что практически исключает сдвиг. Штамповочные уклоны у поковок также меньше, так как на прессах предусмотрены выталкиватели. При штамповке на кривошипных прессах имеются большие возможности для механизации и автоматизации процесса, чем при штамповке на молотах.

Как отмечалось ранее, разрушения делят на хрупкие и вязкие. Промежуточным между ними является квазихрупкое разрушение, как наиболее часто встречающееся в реальных условиях эксплуатации конструкций. Заметим, что хрупкие разрушения реализуются не только в (природно) хрупких материалах. При определенных условиях пластичные стали могут разрушаться по механизму хрупкого разрушения в результате действия ряда охрупчивающих факторов, которые можно разделить на три основные группы: механические (большая жесткость конструкции и напряженного состояния, локальное стеснение деформаций в дефектах и концентраторах напряжений, механическая неоднородность, скорость нагружения и цикличность); внешняя среда (коррозия, радиация, низкая температура); структурные изменения (деформационное старение, распад метастабильных фаз и др.).

Коли сварку производить после полного завершения сборки, то пространственная жесткость конструкции будет способствовать уменьшению сварочных деформаций. Однако доступность некоторых соединений при этом может стать ограниченной. Чередование сборочных и сварочных операций при изготовлении конструкции путем наращивания отдельных элементов облегчает доступность соединений, но нередко способствует увеличению деформаций от сварки. Общей сборке сложной конструкции может предшествовать сборка и сварка относительно простых узлов, обладающих пространственной жесткостью, соединения которых легко доступны для сварки.

Рамы представляют собой объемную пространственную конструкцию, предназначенную для соединения отдельных деталей и механизмов в единый агрегат. Одно из главных требований, предъявляемых к рамам,— жесткость конструкции. Поэтому входящие в состав сварной рамы балочные заготовки соединяют друг с другом жестко либо непосредственно, либо с помощью вспомогательных элементов жесткости. Размеры рам и их конструктивное оформление весьма разнообразны, поэтому различны и методы получения балочных заготовок.

Кроме того, нельзя рассматривать деталь изолированно, заменяя действие сопряженных деталей сосредоточенными или распределенными силами. На самом деле сопряженные детали воспринимают значительную часть нагрузок, влияя на прочность и жесткость конструкции в целом.

В машинах, линейные размеры которых зависят только от прочности материалов (например, редукторы), применение высокопрочных материалов позволяет наряду с уменьшением сечений уменьшить длину деталей и габариты конструкции в целом. В данном случае жесткость конструкции не снижается от применения высокопрочных материалов.

нагруженных одинаковой силой Р: при растяжении-сжатии d2/l - const, при изгибе d*jP = const. На жесткость конструкции косвенно влияет прочность материала. При прочих равных условиях деформации пропорциональны напряжениям. Но величину напряжений принимают, как правило, пропорцнональной'прочности материала; напряжения представляют собой отношение предела прочности (или предела текучести) к коэффициенту надежности. Следовательно, чем выше прочность материала, тем больше величина принимаемых напряжений и при прочих равных условиях больше деформация системы. Напротив, чем меньше запас прочности и ближе величина действующих в системе напряжений к пределу прочности, тем больше деформация и меньше жесткость системы.

При конической форме (рис. 98, в, г), приближающей конструкцию к ферменной (см. рис. .95), стенки конуса, расположенные в плоскости действия изгибающего момента, работают: верхние на растяжение^ а нижние подобно подкосу — на сжатие. Боковые стенки испытывают преимущественно изгиб; их жесткость соизмерима с жесткостью верхних ц нижних стенок. Следовательно, при конической форме стенки отсека полностью включаются в работу; прочность и жесткость конструкции увеличиваются.

На рис. 132 показано (примерно в порядке исторической последовательности) усиление конструкции рядных двигателей внутреннего сгорания. В двигателе 1 с1 отдельными цилиндрами жесткость конструкции определяется только жесткостью картера. При изгибе силами, возникающими при вспышках, картер деформируется, а вместе с ним деформируется и двигатель в целом. Более жесткой является полублочная конструкция 2,

Выбор диаметра крепежных болтов и шага их расположения зависит от многих факторов, главными из которых являются условия работы, материал деталей и жесткость конструкции. Требования совершенно различны для соединений, подверженных действию небольших статических нагрузок и силовых соединений, испытывающих высокие циклические и динамические нагрузки, работающих под давлением и нуждающихся в полной герметичности.