Механизмов зарождения

1°. Как было указано выше (§ 38), силовой расчет механизмов заключается в определении тех сил, которые действуют на отдельные звенья механизмов при их движении.

Задача синтеза кулачковых механизмов заключается в определении основных размеров и профиля кулачка по заданным кинематическим и динамическим параметрам.

Кинематический анализ механизмов заключается в исследовании движения звеньев механизмов независимо от сил, вызывающих это движение. В результате этого анализа определяются положения звеньев и траектории отдельных точек звеньев; линейные скорости отдельных точек и угловые скорости звеньев; линейные ускорения отдельных точек и угловые ускорения звеньев.

Расчет точности кинематических цепей механизмов заключается в определении суммарных ошибок положения и перемещения ведомв!Х звеньев в зависимости от первичных ошибок, т. е. от неточностей размеров и положений звеньев. Этот расчет можно производить аналитическим или графоаналитическим методом.

К пространственным шарнирно-рычажным механизмам относятся также механизмы манипуляторов (рис. 2.11). Особенность этих механизмов заключается в том, что звенья 1, 2,3,4 — входные и замыкание их в кинематическую цепь осуществляется гидравлическим, электрическим или другими способами в зависимости от типа двигателей, приводящих их в движение. Согласованная работа двигателей этих звеньев обеспечивает перемещение определенной точки выходного звена 4 по заданной траектории.

1°. Как было указано выше (§ 38), силовой расчет механизмов заключается в определении тех сил, которые действуют на отдельные звенья механизмов при их движении.

Оценка точности группы механизмов заключается в установлении границ поля рассеивания ошибок положения (или перемещения) механизма, которые полностью определяются величиной математического ожидания (среднего значения) Аср и среднеквад-ратического отклонения av погрешностей механизма. При известных характеристиках распределения первичных ошибок, пользуясь известными теоремами о среднем значении и дисперсии функции случайных величин, могут быть найдены характеристики распределения ошибок положения механизма.

Принцип работы счетно-решающих механизмов заключается в том, что линейные или угловые перемещения их звеньев в определенном масштабе соответствуют математическим величинам. .Пути, проходимые ведущими звеньями, соответствуют исходным данным решаемой задачи, а полученное перемещение ведомых — искомому результату решения.

Основная задача силового расчета механизмов заключается в том, чтобы по заданному закону движения ведущего звена и заданным силам определить силы инерции звеньев, силы взаимодействия во всех кинематических парах механизма, а также уравновешивающую силу Ру или уравновешивающую пару сил с моментом Му. Эта сила Ру или момент Му характеризуют в рабочих машинах общее действие сил сопротивления на ведущее звено, а в машинах-двигателях — действие движущих сил на кривошип или на главный вал. Знание величины момента Му и характера изменения его за цикл работы рабочей машины дает возможность определить необходимую мощность двигателя.

Кинематическая задача кулачковых механизмов заключается главным образом в преобразовании вращательного или качательного движения ведущего звена механизма в заданный вид возвратно-поступательного движения рабочего звена. Кулачковые механизмы применяются в машинах самого разнообразного назначения — не только в машинах-двигателях, но и в исполнительных машинах,

В отношении плавности движения рассмотренный случай не представляет желать ничего лучшего: как скорость, так и ускорения меняются непрерывно, и свое изменение начинают и .оканчивают нулевыми значениями. Однако недостаток этого закона, например, для клапанных механизмов заключается в том, что кривая подъема слишком плавно подходит к оси t, отчего подъем клапана на сколько-нибудь значительную величину затягивается, что приводит к мятию рабочего тела (пара или газа) при протекании его через клапан. Ввиду этого кривой ускорений по синусоиде редко пользуются при проектировании кулачковых распределительных механизмов двигателей. Компромиссным решением между случаями, рассмотренными на рис. 350 и 351, является выбор графика ускорений по закону равнобочной трапеции.

Помимо изменений в дислокационной структуре матрицы в процессе ползучести происходит миграция участков границ зерен между закрепленными точками — карбидными частицами. Процесс миграции участков границ приводит к перераспределению напряжений и росту их в местах закрепления, что способствует зарождению пор у карбидов. Известно [11], что межзе-ренное проскальзывание является одним из механизмов зарождения пор на границах зерен. В [10] обнаружено межзеренное проскальзывание при длительной ползучести также и в стали 12Х1МФ в условиях эксплуатации.

Имеется много различных дислокационных механизмов образования зародышевых трещин [8—13]. Зарождение трещины скола при негомогенной пластической деформации в металлах объясняется тем, что у конца задержанной полосы скольжения возникает большая концентрация сдвиговых напряжений, по величине превышающая силы межатомной связи материала. Поэтому возникает трещина сдвига. Необходимое напряжение достигается блокированием дислокаций у барьеров, которыми могут служить границы зерен в поликристаллах или частицы твердой второй фазы в загрязненных металлах. В зависимости от кристаллической структуры материала возможны и другие механизмы зарождения трещины (рис. 3). Общим для всех механизмов зарождения трещин является то, что этот процесс — следствие пластической деформации.

где D± — коэффициент диффузии. Это позволяет оценить эффективные параметры дефектора, которые при соответствующем значении К приводят к разрушению образца при циклической деформации. Можно полагать, что эти параметры отвечают условиям, при которых происходит разрыхление металла вблизи действующих плоскостей скольжения, способствующее спонтанному зарождению усталостной микротретвдшм. Это соответствует одному из возможных, но не универсальных механизмов зарождения усталостной микротрещины [8], так называемому вакансионному механизму, при условии связи между Rp и Ср, соответствующей спонтанному разрушению при циклической деформации.

Хрупкое разрушение. С позиций дислокационной теории кристаллических твердых тел предложено несколько различных механизмов зарождения трещин [67]. Трещины могут возникать:

Пять механизмов зарождения являются важными для сплавов системы А1 — Си [119]: 1) образование фазы 0 по границам зерен; 2) образование фазы 6' на дислокациях; 3) образование зон ГП и фазы 9" на вакансиях; 4) переход Э"->9/; 5) переход в'-*-9.

Зависимости долговечности т материала от напряжения а и температуры Т, аналогичные экспериментально установленному уравнению (4), получены путем теоретического рассмотрения дислокационных механизмов зарождения и роста трещин, кинетических свойств дислокаций.

Эксперименты по ионному облучению позволяют осуществлять более строгий контроль за величиной дозы облучения, температурой образца и другими параметрами по сравнению с экспериментами на реакторах; проводить эксперименты при циклических условиях облучения; предварительно, импульсно и непрерывно вводить гелий (или атомы других газов) в любом соотношении с числом смещенных атомов; набирать дозы, не достигаемые в действующих ядерных установках; проводить исследования по влиянию на радиационное распухание материалов скорости смещения атомов, изменяя ее в широких пределах, в связи с чем ионное облучение широко используется при исследовании закономерностей развития радиационного распухания материалов (построение дозной, дозно-скоростной, температурной зависимостей распухания), а также при изучении механизмов зарождения и роста пор, механизмов подавления или ускорения радиационного распухания металлов и сплавов примесными атомами.

Установление механизмов зарождения и роста пор — одна из основных проблем теоретического описания распухания металлов в условиях облучения быстрыми нейтронами, высокоэнергетичными электронами и ионами [11, 12, 23 — 35]. Зарождению и росту пор в облучаемых материалах предшествует и сопровождает их зарождение и рост промежуточных, а при каскадном повреждении и вакансионных дислокационных петель. Зарождение дислокационных петель — инкубационный этап порообразования, в значительной мере предопределяющий его развитие.

К настоящему времени высказано много предположений относительно механизмов зарождения пор. Предполагается, что зародышами пор могут быть субмикроскопические газовые пузырьки [2, 51]. Многочисленные факторы свидетельствуют о том, что умеренная концентрация слаборастворимых газов (например, гелия) приводит к росту концентрации пор, следовательно, они

конструкторов и преследует цель проникнуть в процессы усталости. Проведенные фундаментальные исследования механизмов зарождения усталостных трещин относятся к чистым металлам. Причина такого положения отчасти связана с чрезвычайной локализацией явления усталости: чем менее пластичен материал, тем степень локализации выше. В связи с этим методы оптической и электронной микроскопии, которые были приемлемы для исследования чистых металлов, часто оказываются неприемлемы в случае высокопрочных материалов.

чивые полосы скольжения, в которых при знакопеременном и неравномерном по объему зерна сдвиге возникают поры, а также выступы и впадины на границах зерен и включений примесей. Это один из возможных механизмов зарождения микротрещии, которые постепенно растут по мере увеличения числа циклов нагружения до тех пор, пока не будет выполнено необходимое условие разрушения L > Lj,p или же микротрещины не сольются в магистральную трещину, нарушающую целостность образца или детали. На рис. 2.44 [40 3 приведены зависимости относительной амплитуды cr/a_i изменения напряжения в алюминиевом образце при симметричном цикле нагружения (а_! — условный предел выносливости, определенный на базе 2-107 циклов) от числа циклов N для различных этапов развития усталостного разрушения: 1 — появление первых следов пластической деформации в зернах; 2 — появление первых микротрещин, обнаруживаемых с помощью электронного микроскопа; 3 — начало объединения микротрещин в трещины, видимые под оптическим микроскопом; 4 — появление первой визуально наблюдаемой трещины; 5 — разрушение. Существует так называемый физический предел .выносливости (штриховая линия), ниже которого при любом N не наступает ни один из этапов процесса усталостного разрушения. При определенных условиях в результате упрочнения металла у края трещины или торможения трещины у границ зерен и включений примесей ее рост может прекратиться или существенно замедлиться, что повышает сопротивление усталости и увеличивает долговечность деталей, подверженных знакопеременному нагруже-нию.