Влияние вида нагружения

Один из основных способов уменьшения массы машины – это рациональное нагружение деталей с максимальным использованием их массы. Как уже отмечалось выше, сечение при изгибе и кручении работает преимущественно крайними волокнами в плоскости действующей силы. По мере приближения к нейтральной оси - напряжения уменьшаются вплоть до нуля.

Наиболее выгоден случай растяжения-сжатия, когда все точки сечения работают при одинаковом напряжении и материал используется наиболее полно.

Отсюда следует, что необходимо заменять изгиб растяжением-сжатием, как это делается в стержневых ферменных системах. Там, где изгиб неизбежен по функциональному назначению детали, его отрицательное влияние следует минимизировать следующими конструктивными способами:

- применять рациональные сечения с разнесением материала по направлению действия максимальных напряжений (сечения с более равномерным распределением напряжений),

- уменьшать пролёты между опорами, рационально располагать опоры и по возможности устранять консольное нагружение, явно невыгодное по величине деформаций и напряжений,

- изменять линейную форму несущих балок на арочную, заменяя изгиб сжатием.

Но даже в случае функциональной работы системы на растяжение- сжатие, нередко возникает изгиб в результате асимметрии сечений, внецентренного приложения нагрузки или криволинейности формы детали.

Рассмотрим влияние внецентренного приложения нагрузки на величину напряжения в детали.

Рис. 4.3.12 Рассмотрим брус прямоугольного сечения шириной а и высотой h, растягиваемый силой P (рис.4.3.12). В сечении сделана односторонняя выборка шириной

a*n (n=0…1).

Рис. 4.3.13

Максимальное напряжение разрыва в среднем сечении бруса равно сумме разрывающих напряжений от действия силы Р и изгибающего момента = 0.5Pan;. .

Если сила Р приложена по центру сечения (рис.4.3.12,б), то напряжение разрыва в среднем сечении ; отношение по казано на рис. 4.3.13. Эксцентричное напряжение увеличивает разрушающие нагрузки тем больше, чем больше эксцентриситет. Так, при n=0,25 напряжение в 2 раза больше, чем в случае центральной нагрузки. Следовательно, перенесение точки приложения растягивающей силы в центр сечения (в рассматриваемом случае на 0,125a) снижает напряжения в брусе в 2 раза.

Введение симметричной выборки на противоположной стороне бруса (рис.4.3.12,в) несмотря на уменьшение сечения, снижает напряжения вследствие устранения изгибающего момента. Напряжение в этом случае .

Отношение показано на рис. 4.3.13. Введение симметричной выборки обеспечивает в интервале n =(0-0,4) определённый выигрыш в прочности. При n=0.25, когда , выигрыш равен 25%. При n=0.4 бруски с односторонней и двусторонней выборкой становятся равнопрочными.

Симметричное приложение нагрузки, как правило, исключает появление дополнительных напряжений изгиба и кручения, но далеко не всегда это удаётся выполнить. На рисунке 4.3.14 приведены примеры нецелесообразного (а, в) и целесообразного (б, г) нагружения профилей (изгиб консольной балки). Пониженный уровень растягивающих напряжений в схемах б и г способствует упрочнению детали, несмотря на одновременное повышение напряжений сжатия.

Рис. 4.3.14. Напряжения в асимметричных профилях

(эпюры напряжений условно совмещены с плоскостью чертежа)

В несимметричных профилях соотношения между максимальными напряжениями растяжения и сжатии определяется формой профиля и далеко не всегда является оптимальным.

Прочность стали на сжатие выше, чем на растяжение в 1,2-1,6 раз. Для использования этого соотношения целесообразно при нагрузке одностороннего направления применять слабо асимметричные профили типа, показанного на рис. 4.3.15,а. Участки, подвергающиеся растяжению выгодно усиливать накладками из материала более прочного, чем материал основной детали (4.3.15,б).

Рис. 4.3.15Рис. 4.3.16

На рис. 4.3.16 приведены нерациональная (а) и рациональная (б) конструкции литого кронштейна, подвергающегося изгибу.

Дата добавления: 2015-12-07