Принципов конструирования

Г. Силовой расчет и динамическое исследование механизмов могут быть всегда произведены, если пользоваться принципом возможных перемещений. Согласно этому принципу, если на какую-либо механическую систему действуют силы, то, прибавляя к задаваемым силам силы инерции и давая всей системе возможные для данного ее положения перемещения, получаем ряд элементарных работ, сумма которых должна равняться нулю. Аналитически это может быть представлено так. Пусть к системе приложены силы F1,F2,F3, ..., Fn, причем в число этих сил входят и силы инерции. Обозначим проекции возможных для данного момента перемещений на направления сил jF1( F2, F3, ..-, Fn через 6pi, 6p2, op3, ..., бр„. Тогда согласно принципу возможных перемещений при условии, что все связи, наложенные на отдельные звенья механизма, — неосвобождающие, будем иметь

Уточним разницу между принципом возможных перемещений (6W = 8А) и теоремой Клапейрона, записанную в вариациях (26 W = 8А). Будем считать, что формулировки этих теорем известны и поэтому остановимся только на трудно воспринимаемом вопросе о вариациях.

В такой формулировке доказанная теорема называется принципом возможных перемещений.

Французский ученый Даламбер (1717—1783 гг.) ввел в механику новый метод решения задач динамики при помощи уравнений статики. Нельзя не упомянуть также имени французского ученого Лагранжа (1736—1813 гг.), проделавшего большую работу по математическому обоснованию законов механики и обогатившего механику принципом возможных перемещений. Выводы Лагранжа были уточнены и дополнены русским математиком и механиком академиком М. В. Остроградским (1801—1861 гг.). Им же разработана общая теория удара, решен ряд важнейших задач из области гидростатики, гидродинамики, теории упругости и др.

Уточним разницу между принципом возможных перемещений (8W = 8 А) и теоремой Клапейрона, записанной в вариациях (2&W° =&4°). Будем считать, что формулировки этих теорем известны, и поэтому остановимся только на трудно воспринимаемом вопросе о вариациях.

В соответствии с принципом возможных перемещений получаем систему уравнений

0 4.1. Воспользовавшись принципом возможных пере-

ф 4.2. Воспользовавшись принципом минимума потенциальной энергии, определить перемещение точки k стержня [задача 4.1 (рис. 4.14)]. • 4.3. Определить перемещение точки k стержня (рис. 4.15), воспользовавшись принципом возможных перемещений. Стержень постоянного сечения нагружен распределенной нагрузкой, постоянной по модулю и следящей за точкой О. Координаты точки О: ео = 0,5; Х2о = 0,5.

ф 4.6. Воспользовавшись принципом возможных перемещений, определить перемещения точек осевой линии стержня постоянного сечения (рис. 4.17). На участке (Osge^O.S) стержень лежит на упругом основании с линейной характеристикой.

В соответствии с принципом возможных перемещений получим уравнение для определения с\:

и 6u=6at>i, в соответствии с принципом возможных перемещений получим уравнение для определения с:

В 3-м томе показаны различные области применения как дешевых, так и дорогостоящих композиционных материалов. Однако книга не ограничивается рассмотрением вопросов, связанных с применением композиционных материалов, упрочненных волокнами; в нее включены также интересные композиции, находящие применение в электротехнической и ядерной промышленности, Сложные условия работы в этих отраслях определяют необходимость тщательного подбора компонентов композиционного материала. К материалам, применяемым в отраслях промышленности, рассматриваемых в этом томе, предъявляется широкий спектр технических и экономических требований, оправдывающих использование новых материалов, процессов производства и новых принципов конструирования деталей. Например, стоимость одного килограмма серийно выпускаемого автомобиля, обычного самолета и сверхзвукового реактивного самолета составляет приблизительно 2,2; 33 и 177 долларов соответственно, тогда как экономия массы в стоимостном выражении составляет от одного до нескольких сот долларов на килограмм. Что же касается технологических процессов, то читатель, вероятно, заметит связь между проблемами применения композиционных материалов и технологическими проблемами, настоятельно требующими своего разрешения, а именно создания механизированного производственного процесса, неразрушающих методов контроля и др.

Перед конструкторами автомобилей возникают все более сложные задачи. Так, необходимо компенсировать наблюдаемое увеличение массы, обусловленное установкой устройств для очистки выхлопных газов от вредных веществ и поглощения энергии ударов при столкновении. В результате увеличения массы возрастает расход топлива. Это происходит в пер'иод, когда на первый план выдвигается проблема топливного кризиса и ожидается значительное увеличение стоимости топлива. В процессе решения проблемы снижения массы при одновременном обеспечении безопасности в момент аварии, а также улучшения других характеристик большое внимание уделяется разработке новых материалов и новых принципов конструирования. Первым важным шагом на пути повышения качества кузова автомобиля с помощью композиционных материалов является выборочное упрочнение деталей, изготовленных из стеклопластиков. Но могут быть разработаны и более радикальные средства, например ребристые слоистые конструкции с алюминиевым сотовым заполнителем и рамы, изготовленные из трубчатых композиционных элементов.

В настоящее время существуют несколько важных проблем, сдерживающих применение созданных композиционных материалов. К этим проблемам относят, прежде всего, дороговизну высокомодульных волокон, необходимость усовершенствования технологического процесса, разработку принципов конструирования, облегчающих изготовление деталей и общую стоимость с учетом ресурса эксплуатации. Эти факторы не всегда учитываются, а установленная цена является первым фактором при выборе материала.

Отсутствие механизированных производственных процессов с необходимыми производственными мощностями представляет собой проблему в таких совершенно различных отраслях промышленности, как судостроение, авиация и химическая промышленность. Крупные и сложные конструктивные элементы в отдельных случаях изготовляются выкладкой вручную, что иногда приводит к выбору малоэффективной конфигурации этих элементов. Решение проблем, призванных сократить время, необходимое для освоения новых материалов, в сильной степени зависит от разработки новых принципов конструирования. К ним относят более эффективное использование обычных материалов и выборочное применение вновь созданных, а в случае композиционных материалов — использование высокоэффективных волокнистых композиций; возможность применения механизированных производственных процессов с минимальной механической обработкой; учет характера допустимого повреждения и возможности восстановления и увеличения тем самым цикла службы. При выборе материала для каждого конкретного случая с самого начала должны быть приняты во внимание многие сложные, находящиеся во взаимодействии факторы. Это позволит в дальнейшем исключить затраты в тех случаях, когда материал, выбранный для решения конкретной задачи, не обладает соответствующими характеристиками, F это выявляется при более детальном его исследовании. Правильный выбор материала крайне важен как с экономической точки зрения, так и во многих других отношениях. Конструкторская

соблюдение принципов конструирования изделий, предназначенных для районов с тяжелыми климатическими условиями;

процесса была показана еще в первых технологических исследованиях при изучении явлений взаимодействия излучения оптических квантовых генераторов (ОКГ) с металлами и сплавами [12,25, 33]. В результате использования лазерного луча для упрочнения материалов появляется возможность разработки новых принципов конструирования деталей машин и узлов, внесения коренных изменений в технологию изготовления изделий. При таком способе упрочнения можно изменить свойства различных участков детали, изготовленной из сравнительно недорогостоящего конструкционного материала, и получить сплавы с уникальными характеристиками прочности, износостойкости и коррозионной стойкости. Создание совершенного лазерного оборудования различных типов позволяет в широких пределах реализовать возможности нового технологического метода, полностью автоматизировать технологический процесс, включить его в интегральную систему высокоэффективного производства, основанного на комплексном использовании прогрессивных технологических процессов, автоматики и вычислительной техники.

луатацин транспорте!. Высокая эффективность применения указанных материалов в автомобильной промышленности заключается в сочетании высокой жесткости, циклической прочности и вибростойкости при малой плотности. Применение деталей из композиционных материалов взамен стальных деталей повышает в 2—3 раза удельные прочность и жесткость и значительно уменьшает материалоемкость автомобильных конструкций. Это одновременно потребует пересмотра принципов конструирования деталей и создания технологии и специализированного производства.

Принципы художествен но-конструкторского подхода к проектированию операторских пунктов-кабин в своей основе ничем не отличаются от принципов конструирования описанных выше операторских пунктов. Однако следует учитывать специфику операторских пунктов- кабин. Главной специфической чертой в этом случае является, как правило, ограниченный объем помещения, а в отдельных случаях и его полная изолированность от внешнего мира.

Помимо общих принципов конструирования, человек, проектирующий плуг, комбайн, автомобиль, самолет, турбину, станок и любую другую машину, должен знать и принимать во- внимание специфичные для каждой машины сведения, вытекающие из условий ее работы на полях, в шахтах и т. д.

Толщина стенок. Одним из основных принципов конструирования пластмассовых деталей является равностенность. Колебания толщины стенок и местные утолщения приводят к неравномерному охлаждению и к неравномерной усадке, а последняя вызывает коробление изготовляемых деталей и трещины в них.

Работникам промышленности, производящим новейшие виды радиоэлектронной аппаратуры, а также ее разработчикам и эксплуатационникам стало ясно, что без коренного изменения принципов конструирования и технологии производства аппаратуры нельзя будет решить задачи по ее ускоренному проектированию, существенному снижению трудоемкости изготовления, снижению стоимости, уменьшению веса и габаритов, а также резкому увеличению надежности и долговечности.