II тарау. Материалдар кедергісі

Дата добавления: 2014-11-24 | Просмотров: 2243

17-тақырып. Материалдар кедергісінің негізгі ұғымдары және есептері.

Теориялық механикада денелер абсалютті қатты деп қарастыралатын, бірақ практика көрсететіндей конструкциялардың барлық элементтері сыртқы күш әсерінен деформацияға ұшырайды, яғни пішінін өзгертеді, сонымен қатар кейбір жағдайларда қирауға ұшырайды.

Материалдар кедергісі деп конструкциялар мен машиналар элементтерін, беріктікке, қатаңдыққа және орнықтылыққа зерттейтін пән. Осыған орай материалдар кедергісінің негігі үш есебі бар:

1. Беріктік есебі–конструциялар мен машиналар элементтерінің сыртқы күштерге қарсыласу қабілеті.

2. Қатаңдық есебі–конструциялар мен машиналар элементтерінің деформацияға қарсыласу қабілеті.

3. Орнықтылықесебі–конструциялар мен машиналар элементтерінің алғашқы тепе-теңдік қалпын сақтап қалу қабілеті болып табылады.

Беріктікке есептеу кезінде тетіктердің өлшемдері мен формалары таңдалады, яғни берілген жүктемені материалды аз жұмсап ұстап тұра алу мүмкіндіктерін қарастырады.

Қатаңдыққа есептеу кезінде конструциялар мен машиналар элементтерінің формалары мен өлшемдері қалыптан тыс болмауын қамтамасыз етуді қарастырады.

Орнықтылыққа есептеу кезінде конструциялар мен машиналар элементтерін тепе-теңдік қалпынан шығарып тастайтын немесе қисайтып тастайтын жағдайлар қарастырылады.

Материалдар кедергісінің негізгі жорамалдары:

1. Дене біртұтас деп есептеледі, яғни жүктеме әсер етпеген жағдайда ішкі күштер нольге тең деп қарастырылады.

2. Дене біртекті деп қарастырылады, яғни дененің әр нүктесінде физика–механикалық құрылымы әр түрлі болуы мүмкін, бұл болжам бойынша ол ескерілмейді.

3. Дене серпімді деп қарастырылады, яғни жүктемені алып тастаған кезде дене қайтадан қалпына келеді деп есептеледі.

4. Қарастырылатын дифференциал дененің өлшеміне қарағанда өте аз шама болып табылады.

5. Денеге бірнеше күш әсер еткен жағдайда, денең ішкі күші, денеге әсер ететін, әр сыртқы күш әсерінен пайда болатын ішкі күштердің қосындысы ретінде анықталады және күштердің әсер ету ретіне қарамайды. Бұл тұжырым күштердің әсер етуінің тәуелсіздігінің принципі деп аталады.

Сырық(брус) деп ұзындығы көлденең қимасындағы өлшеміндегіден әлдеқайда үлкен болатын денені айтамыз.

Егер сырық созылу мен сығылуға жұмыс істейтін болса, өзек(стержень)деп аталады.

Егер сырық бұралуға жұмыс істейтін болса, онда оны білік(вал) деп атайды.

Егер сырық иілуге жұмыс істейтін болса, онда оны арқалық(балка) деп атайды.

Деформацияға байланысты дененің координат орынын өзгертуін жылжу деп атаймыз.

Сызықтық және бұрыштық өлшемдерінің өзгеруін, сәйкесінше сызықтық және бұрыштық жылжу деп атаймыз.

Енді, конструкция элементтерінің деформациясымен байланысты болжамдарын қарастырайық:

1. Жылжудың аздығы жөніндегі болжам немесе бастапқы өлшемдер туралы болжам. Бұл болжам бойынша дененің деформацияға ұшырау нәтижесінде пайда болатын аз ғана жылжу ескерілмейді.

2. Денелердің сызықты деформациялануы туралы болжам. Бұл болжамға сәйкес жылжу күш әсеріне тура пропорционал деп есептеледі.

3. Жазық қималар болжамы немесе Бернулли болжамы. Бұл болжам бойынша егер дененің көлденең қимасы деформацияға дейін жазық болса деформациядан кейін де жазық қалыпын сақтайды.

18-тақырып. Қима әдісі. Деформацияның түрлері. Толық, нормалдық және жанамалық кернеулер.

Қатты дененің бір нүктесіне сырттан күш әсер етсе, күш дененің басқа нүктелеріне де әсер етеді. Осы сыртқы күштердің әсерінен пайда болатын, қатты дененің ішкі нүктелерінің бір-біріне әсер етуші күшін ішкі күш деп атаймыз. Ішкі күштер қима әдісі бойынша анықталады.

Бір AB денесіне тепе-теңдікте тұрған кез-келген күштер жүйесі әсер етсін делік(16.1а, сурет). Осы денені F жазық қимасы арқылы екіге бөліп қарастырайық. Осы F қимасының бетіндегі ішкі күшті анықтау үшін, дененің В бөлігін ойша алып тастайық және оның әсерін сәйкес ішкі күштермен алмастырайық.

18.1-сурет. Қима әдісі.

және осы жағдайда дене тепе-теңдік қалыпын сақтайды деп қарастырайық. Әрі қарай кеңістіктегі кез-келген күштер жүйесінің тепе-теңдік шарттарын пайдаланып ішкі күштерінің мәндерін анықтауға болады. Ал кеңістіктегі дененің тепе теңдігінің шарты мынадай:

Сонымен қима әдісін пайдаланып, ішкі күштерді мына алгоритм бойынша анықтаймыз:

1. Қиып аламыз және бір бөлігін алып тастаймыз.

2. Алып тастаған бөліктің әсерін сәйкес ішкі күштермен алмастырамыз.

3. Тепе-теңдік теңдеулерін құрамыз.

4. Тепе-теңдік теңдеулеріне сәйкес ішкі күштерді анықтаймыз.

Сыртқы күштердің әсерінен пайда болатын және бірлік ауданға әсер ететін ішкі күшті кернеу деп атаймыз.

Толық кернеу нормалдық және жанамалық құраушылардан тұрады және былайша анықталады:

Мұнда, [тау]– жанамалық кернеу, [сигма]–нормалдық кернеу, олар былайша анықталады:

,

Кернеудің өлшем бірлігі:

Бірақ, деформация кезінде көлденең қималарда пайда болатын кернеулердің мәні өте үлкен болатындықтан, мегапаскаль қолданылады .

Бұл формуланың физикалық мағынасы бар екендігіне әлі көзімізді жеткіземіз.

Беріктікке есептеу кезінде негізінен қима әдісін пайдаланады, қима әдәсі бойынша анықталатын ішкі күштер мынадай болуы мүмкін:

нормалдық немесе бойлық күштер,

бұралу моменті,

көлденең күштер,

иілу моменті.

Әрбір кернеулік, деформациялық күйде: созылу-сығылу, ығысу, бұралу және иілуде беріктік пен қатаңдыққа есептеудің өздерінің әдістері бар.

Созылу немесе сығылу. Бойлық күштер және оның эпюрасы.

Егер деформация кезінде тек қана бойлық күш пайда болса, ондай деформацияның түрін созылу немесе сығылу деп атаймыз(19.1-сурет).

19.1-сурет. Созылу-сығылу деформациясы.

Сырыққа күш әсер етпеген кездегі ұзындығы болса, күш әсер еткеннен кейін оның ұзындығы ға ұзарады немесе қысқарады, яғни өзек сәйкесінше созылады немесе сығылады(19.1-сурет).

Абсалюттік ұзару сырықтың бастапқы ұзындығына байланысты, сондықтан деформация кезінде өзектің салыстырмалы бойлық деформациясын былайша өрнектеуге болады:

Мұндағы, өзектің абсалюттік ұзаруы немесе қысқаруы, өзектің бастапқы ұзындығы.

Өзекті созылу-сығылуға есептеген кезде, өзектің барлық талшықтары бірдей шамаға созылады немесе сығылады деп қарастырамыз және өзектің созылуы немесе сығылуы тек қана кернеуге байланысты деп есептейміз, яғни өзектің темперетурасы мен күш жұмсауға кеткен уақытты ескермейміз.

Созылу немесе сығылу кезінде тек қана нормалдық кернеу пайда болады және ол былайша анықталады:

мұнда, өзектің көлденең қимасының ауданы; өзектің көлденең қимасындағы бойлық күш.

Созылу-сығылыу кезінде беріктік шартын былайша жазамыз:

Мұнда, мүмкін болатын нормалдық кернеу, ол өзектің материалына тәуелді болады.

Осы беріктік шарты бойынша мынадай есептер қарастыруға болады: өзекті беріктікке тексеруге, өзекке әсер ететін жүктемеге байланысты көлденең қима таңдауға және көлденең қимаға байланысты жүктеме таңдауға.

Созылу-сығылу кезінде өзектің көлденең қимасындағы бойлық күш қима әдісі бойынша анықталады.

Егер, бойлық күш қимадан сыртқа қарай бағытталса оң шама, ал егер қимаға қарай бағытталса теріс шама болады.

Өзектің көлденең қимасындағы ішкі күштің өзгеру графигі оның эпюрасы деп аталады.

Көптеген материалдардардың аздап ұзаруы кезінде олардың деформациясы қимада пайда болатын күш кернеуімен тығыз байланысты болады. Бұл байланысты материалдың серпімділік қасиетіне сәйкес алғаш рет 1678 жылы Роберт Гук ашты:

Мұндағы, Е – материалдың серпімділік модулі.

Серпімділік модулi заттардың қатаңдығын сипаттайды және оның шамасы арнаулы тәжірибелер арқылы табылады.

Жоғарыдағы салыстырмалы бойлық деформация формуласының және Гук заңындағы салыстырмалы бойлық деформация формуласының негізінде өзектің абсалюттік ұзаруы немесе қысқаруын былайша анықтауға болады:

Кейбір материалдардың серпімділік модульдарын мына кестеден көруге болады:

Кесте 10.1

Материал	Е, МПа	Материал	Е, МПа
Болат Шойын Жез, титан Қола Алюминий	(2,0...2,1)∙ (0,7...1,6)∙ 1,2∙ 0,675∙	Бетон Шыны пл. Белдік Шыны Ағаш	(1...3)∙ (0,18...0,4)∙ (0,05...1,2)∙ (0,55...0,7)∙ (0,08...0,12)∙

20-тақырып. Бұралу. Бұралу моментінің эпюрасы. Бұралу кезіндегі кернеу және деформация.

Біліктің көлденең қимасында тек бұралу моменті пайда болатын деформацияның түрін бұралу деп атаймыз.

Біліктің бұралуы әсер ету жазықтығына немесе бойлық оське перпендикуляр сыртқы бұрайтын бұрау моментінің әсерінен болады. Біліктің көлденең қималарында пайда болатын бұрау моменттері қима әдісімен анықталады.

Біліктің барлық ұзындығы бойынша бұралу моментінің өзгеру графигібұралу моментінің эпюрасыдеп аталады.

Осы жағдайда бұралу моментінің эпюрасы ешқандай мәнді білдірмейді, бірақ анықтық үшін оның таңбасын келесі келісілген ережеге байланысты анықтаймыз:

Егер бөлінген бөлікке қима жақтан қарағанда сыртқы момент бөлінген бөлікті сағат тіліне қарсы айналдырса, онда бұралу моментінің мәні оң шама болып саналады және керісінше, егер сыртқы момент бөлінген бөлікті сағат тілімен бағыттас айналдырса (қима жақтан қарағанда), онда бұралу моменті теріс болып табылады.

Тек бұралу моментімен жүктелген біліктің көлденең қимасында мына формуламен анықталатын жанамалық кернеулер пайда болады:

Мұнда, сыртқы күштердің қимадағы бұрау моменті; біліктің көлденең қимасының ауырлық центрінен кернеу есептелетін қиманың еркін нүктесіне дейін ара қашықтық (полярлық координата); біліктің қимасының полярлық инерция моменті.

Көбінесе тәжірибеде біліктер тұтас дөңгелек қимадан жасалады. Дөңгелек қимасының диаметрі үшін полярлық инерция моменті мынаған тең:

Егер біліктің ұзындығында бұралу моменті тұрақты болса, қима өлшемдері мен біліктің материалы өзгермесе , онда қиманың өзара бұралу бұрышы немесе бөліктің абсалютті бұралу бұрышы былайша анықталады:

Біліктің қатаңдық шарты, оның көлденең қимасындағы ең үлкен салыстырмалы бұралу бұрышы бойынша былайша жазылады:

Мұнда, бұраудың салыстырмалы бұрышы, біліктің ұзындығында рад/м өлшенеді.

бұралудағы біліктің қатаңдығы; ығысу модулі ( II текті серпімділік модулi).

Бұралу кезіндегі біліктің беріктік шарты оған әсер ететін ең үлкен жанамалық кернеудің мәніне байланысты мына түрде болады:

Мұнда, материалының мүмкін болатын жанамалық кернеуі, бұралуға қарсыласу.

Жиі кездесетін тұтастай дөңгелек қималы білік үшін бұралуға қарсыласу келесі түрде жазылады:

Біліктің көлденең қимасындағы бұралу моменті былайша анықталады:

Мұнда, қуат өлшем бірлігі Вт, бұрыштық жылдамдық өлшем бірлігі рад/с.

21-тақырып. Қиманың геометриялық мінездемесі

Созылу-сығылу кезінде пайда болатын кедергі оның көлденең қимасының ауданына тура пропорциянал болатынын білеміз және көлденең қимасының ауданы үлкен

21.1-сурет. Аудан пішіндері әртүрлі қималардың иілуі.

дененің ұзаруы мен кернеудің шамасы кемитін болатын бұл жағдайда дененің көлденең қимасының геометриялық сипаттамасы сол дененің ауданы болып табылады.

Енді денеге көлденең күштер әсер еткен кезде жоғарыдағы сипаттаманы қолдануға болмайтынына оңай көз жеткізуге болады:

21.2-сурет. Аудандардың орналасу жағдайлары.

Мысалы, қима аудандары бірдей, бірақ аудан пішіндері әр түрлі денелерге (21.1-сурет) июші моменттерінің әсері қандай болатындығын байқайық. Егер қима аудандары бірдей арқалыққа иілу моменттері әсер ететін болса, сол ауданның орналасу жағдайына байланысты майысу шамасы әр түрлі болады (21.2-сурет). Екінші көрсетілген жағдайда (21.2,b сурет) деформация неғұрлым көп болатыны айқын.

Осыған орай, иілу кезінде пайда болатын дефомацияның шамасы қимадағы июші моменттерінің орналасуына байланысты болады. Былайша айтқанда, моменттер әсерін қима ауданы арқылы өтетін осьтеріне байланысты қарстыру қажет.

21.3-сурет. Статикалық және инерция моменттерін анықтау

Кез-келген қима ауданының оське байланысты орналасуын сипаттайтын шаманы статикалық момент деп атайды. Статикалық моментті былайша анықтауға болады:

;

Қиманың белгілі бір оське байланысты алынған статикалық моменті деп, қима ауданынын сол оське дейінгі ара қашықтықтың көбейтіндісін айтады. Оның өлшем бірліктері болады.

Статикалық моменттің шамасын есептегенде сырық қимасының пішінін есепке алмауға болады, бірақ иілу кезінде кернеу мен деформацияны статикалық момент арқылы табуға болмайды. Ол үшін қима ауданының инерция моментін білу қажет. Осьтік инерция моментін былайша анықтаймыз:

;

Мұнда, және , және осьтеріне байланысты инерция моменттері. Осьтік инерция моментінің өлшем бірлігі болады.

Егер, осьтер қиманың ауырлық центрлері арқылы өтсе, онда оларды қима инерциясының бас центрлік осьтері деп атайды. Осы инерция моменттерінің қосындысын полярлық инерция моменті деп атайды (21.3-сурет).

Полярлық инерция моментін перпендикуляр қиылысқан екі осьтің полюсіне байланысты табуға болады:

Өзара перпендикуляр осьтегі центрден тепкіш инерция моментін былайша жазуға болады:

Техникада беріктікке есептеу кезінде көлденең қималар әр түрлі болып келеді: тіктөртбұрыш, үшбұрыш, квадрат, дөңгелек т.б. Ең көп қолданылатын тіктөртбұрышты қима үшін инерция моменті былайша анықталалады:

Тіктөртбұрышты қималы арқалықтар үшін:

,

Мұнда, және арқалықтың көлденең қимасының ені мен биіктігі.

Дөңгелек қималы арқалықтар үшін:

Мұнда, арқалықтың көлденең қимасының диаметрі.

22-тақырып. Иілу. Иілу моменті мен көлденең күштер. Олардың эпюраларын салу.

Егер, деформация кезінде арқалықтың көлденең қимасында тек қана көлденең күштер мен иілу моменттері пайда болатын болса, ондай деформация иілу деп аталады.

Иілу кезінде иілу моменттері ғана пайда болса, яғни көлденең күштер жоқ, ондай иілу таза иілу, ал егер иілу моменттерінен басқа көлденең күштер пайда болатын болса онда ол көлденең иілу болып табылады.

Егер қимадағы иілу моменттің әсер ету жазықтығы арқалықтың көлденең қимасының бас центрлік осьтерінің біреуінен өтсе, онда иілу жазық иілу деп аталады. Ал басқа жағдайда қиғаш иілу деп аталады.

Арқалықтың көлденең қимасындағы көлденең күштер әріпімен, ал иілу моменттері әріпімен белгіленеді және олар қима әдісімен анықталады. Иілу кезінде көлденең күштер мен иілу моменттерінің таңбалары төмендегідей ережелермен анықталады:

Көлденең күштің таңбасы оң шама болады, егер ол қиманың оң жағынан төменқарай және сол жағынан жоғары қарай бағытталса, ал егер оң жағынан жоғары және сол жағынан төмен қарай бағытталса онда оның таңбасы теріс шама болады. (22.1а, сурет)

Иілу моменттерінің таңбасы оң шама болады, егер ол қиманың оңжағынан және сол жағыныан жоғары бағытталса, ал егер керісінше оң жағынан және сол жағынан төмен қарай бағытталса теріс шама болады (22.1б, сурет).

22.1-сурет. Көлденең күштер мен иілу моменттерінің ережесі.

Мына тәуелділіктерге байланысты арқалықтың эпюрасы дұрыс болып есептеледі:

1. Шоғырланған күштер арасында, егер олардың арасында таралған жүк болмаса, жалпы жағдайда эпюрасы көлбеу сызық, ал эпюрасы көлденең сызық.

2. Біркелкі таралған жүгі бар арқалықтың бөліктерінде эпюрасы екінші дәрежелі параболамен шектелген, ал эпюрасы көлбеу түзу.

3. Көлденең күш нольге тең ( ) болған қимада, иілу моментінің экстремалды мәні болады.

4. Біркелкі таралған жүгінің әсері кезінде эпюрасы ң әсерінің жағына қарай дөңес болады.

5. Шоғырланған күштердің және арқалықтың осіне перпендикуляр тірек реакцияларының нүктелерінде эпюрасының сынуы және эпюрасының секіруі сәйкес келеді, секіру шамасы күштің шамасына тең;

6. Шоғырланған моменттер түскен нүктеде эпюрасының сол моменттің мәніне секіреді.

Иілу кезінде беріктікке есептеу, қиманы таңдау.

Тік көлденең иілуде арқалықтың көлденең қималарында бойлық және жанама кернеулер пайда болады. Кез-келген қиманың, қандай да бір нүктесіндегі нормалдық кернеу мына өрнекпен аңыкталады:

мұнда –арқалықтың қарастырылатын қимасындағы июші момент.

бейтарап осіне қатысты қиманың инерция моменті.

бейтарап осьтен нормалдық кернеу есептелетін нүктеге дейінгі қашықтық.

Көлденең қиманың кез-келген нүктесіндегі жанамалық кернеу Журавский формуласы бойынша былайша анықталады:

Мұнда, брустың қарастырылатын қимасындағы көлденең күш.

бейтарап оське қатысты көлденең қиманың кесіп алынған бөлігінің статикалық моменті.

қарастырылатын нүкте деңгейдегі көлденең қиманың ені.

Арқалықтарды беріктікке есептеу әдетте арқалықтың көлденең қимасында пайда болатын ең үлкен нормалдық кернеу бойынша былайша жазылады:

мұнда арқалықтың мүмкін болатын нормалдық кернеуі. иілуге қарсыласу.

Кез-келген материалдардан жасалған арқалықтар және де кез-келген өлшемді арқалықтар міндетті түрде мүмкін жанамалық кернеуге тексеріледі және жанамалық кернеу бойынша беріктік шарты былайша анықталады:

мұнда [t] –мүмкін болатын жанамалық кернеу.

Тіктөртбұрышты қималы арқалық үшін жанамалық кернеу бойынша беріктік шарты мына түрде болады:

Сәйкесінше, дөнгелек қималы арқалық үшін жанамалық кернеу бойынша беріктік шарты:

Осы беріктік шарттарын пайдаланыа арқалықтарға, материалды аз жұмсап, жүктемені көтеріп тұратын көлденең қималарды таңдауға болады.

Егер арқалық қоставрлы болса онда арқалықтың номерін мына кестеден қарап алуға болады:

Жұқартылған болат. Қоставрлы арқалықтар.

Сорттау ГОСТ 8239-72 (шығару).

Белгілеулер: h-арқалықтың биіктігі, b-қоставрдың полкасының ені, s-қабырғасының қалыңдығы,

t- полканың орташа қалыңдығы, I-инерция моменті, W-қарсыласу моменті, S-жарты қиамның статикалық моменті i-инерция радиусы.

Кесте №2

24-тақырып. Сығылған өзектердің орнықтылығы.

Материалдар кедергісі беріктік пен қатаңдықтан есебінен басқа орнықтылық есебінен тұрады.

Ұзын, жіңішке және түзу өзекке бойлық күш әсер етсін делік, егер осы бойлық күш әсерінен иілген өзек қайтадан өз қалпына келетін болса онда ол өзек орнықты деп аталады, сығушы бойлық күштің белгілі бір мәнінде сығылған өзек қайтадан қалпына келмейді немесе басқа қисық сызықты тепе-теңдікке келеді, яғни өзек орнықтылығын жоғалтады. Осы өзек орнықтылығын жоғалтқанға дейінгі өзекке әсер ететін күштің ең үлкен мәнін күдікті күш деп атаймыз. Өзектің түзу қалыпының орнықтылығын жоғалтылатын иілудің түрін бойлық иілу деп атайды.

Математикалық тәсілмен күдікті күшті 1744 жылы Эйлер анықтады. Эйлер формуласы бойынша:

Мұнда, өзектің бекітілуіне байланысты коэффицент. өзектің материалының серпімділік модулі. өзектің көлденең қимасының ең кіші инерция моменті. өзектің ұзындығы.

24.1-сурет. Өзектің бекітілуіне байланысты коэффиценттер.

Эйлер формуласы бойынша өзектің көлденең қимасындағы күдікті нормалдық кернеуді былайша жазуға болады:

Күдікті күштің мәнін орнына қойсақ, нормалдық кернеуді былайша жазамыз:

Ақырғы формулаға жазық қиманың екі геометриялық сипаттамасы кіреді: көлденең қиманың инерция моменті және көлденең қиманың ауданы .

Осы жазық қиманың сипаттамалырын қиманың ең кіші радиусы деп атап былайша белгілеп алайық:

Жазық қиманың ең кіші радиусын пайдаланып күдікті нормалдық кернеуді былайша жазайық:

Мұнда, өзектің иілгіштігі.

Кейбір Эйлер формуласын қолдануға болмайтын жағдайларда Ф.С.Ясенский формуласын қолдану арқылы күдікті кернеуді анықтауға болады:

Мұнда, тәжірибелер жасау арқылы анықталатын коэффиценттер. Олардың өлшем бірліктері кернеудің өлшем бірлігімен сәйкес келеді.

Иілгіштіктің кейбір мәнінде( ) Ясенский формуласы бойынша анықталған күдікті кернеу сығылу кезіндегі шекті кернеуге сәйкес келеді. Сондықтан иілгіштігіне байланысты өзектерді шартты түрде үш топқа бөледі:

1. Жоғарғы иілгішті өзектер. Егер, , бұл жағдайда орнықтылыққа есептеу Эйлер формуласы арқылы жүргізіледі.

2. Орташа иілгішті. Егер, , бұл жағдайда орнықтылыққа есептеу Ясенский формуласы арқылы жүргізіледі:

3. Аз иілгіш өзектер. Егер, болса, онда мұндай өзектерді орнықтылыққа емес беріктікке есептейді.

Ясенский формуласы қолданылатын материалдар:

Кесте 24.1

Материал	a	b
MПа
Болат Ст2 Болат Ст3 Болат 20,Ст4 Болат 45 Дюралюмин Д16Т Қайың	29,3	0,70 1,14 1,15 1,67 1,83 0,194	-

III-тарау. Машина бөлшектері.

25-тақырып. Машина бөлшектерінің негізгі ұғымдары.

Бір немесе біреше дененің қозғалысын басқа денелердің керекті қозғалысына түрлендіруге арналған денелер немесе денелер жүйесін механизм деп атаймыз.

Адамның физикалық немесе ой еңбегін жеңілдетуге немесе алмастыруға және оның өнімділігін арттыруға арналған механаизмдер немесе механизмдер үйлесімін машина деп атайды.

Мысалы: қозғалтқыш-машиналар энергияның бір түрін механикалық энергияға айналдырады, оларға электрқозғалтқыштар, іштен жану қозғалтқыштары жатады; машина-генераторлар механикалық энергияны энергияның басқа түріне айналдырады, компрессорлер, динамомашиналар жатады; ақпараттық машиналар бұл ақпаратты өңдейтін машиналар оларға, бухгалтерлік машиналар, компютер т.б. жатады.

Барлық машиналар бөлшектерден тұрады, олар түйіндерге біріктірілген.

Бөлшек деп құрастырылмаған машинаның бөлігін айтамыз, оларға шпонка, болт, тісті дөңгелектерді жатқызуға болады.

Түйін депбұйымның құрастырылған құрамдас бөлігі болып табылатын бірлікті айтамыз, оған муфта, редуктор, беріліс қорабы тағы басқаларын жатқызуға болады.

Машинажасауда жалпы және арнайы мақсатты бөлшектер мен түйіндер қолданылады. Жалпы мақсатты бөлшектер мен түйіндер деп барлық машиналарда кездесетін бөлшектерді айтады, яғни болттар, біліктер, тісті дөңгелектер, подшипниктер, муфталар т.б. Ал арнайы мақсатты деп тек қана жекелеген типті машиналарда кездесетін бөлшектер мен түйіндерді айтады, яғни поршеньдар, шатундар, иінді біліктер т.б. олар машина бөлшектері курсында қарастырылмайды.

Барлық жалпы мақсатты бөлшектер мен түйіндер негізгі үш топқа бөлінеді:

1. Қосылыстар. Олар өз алдына ажыратылатын және ажыратылмайтын қосылыстар болып екі топқа бөлінеді. Ажыратылатын қосылыстарға шпондық, шлицтік және бұрандалы қосылыстар жатады, ажыратылмайтын қосылыстарға пісірілген, заклепкалы қосылыстарды жатқызуға болады.

2. Айналмалы қозғалыс берілістері. Оларға тісті, червякті, бұралмалы және т.б. берілістерді жатқызуға болады.

3. Берілістерді қызметтен өткізетін бөлшектер мен түйіндер. Оларға біліктер және муфталарды жатқызуға болады.

Курстың мақсаты жалпы мақсатты бөлшкетер мен түйіндерді құрастыру мен есептеудің негіздерін оқып білу болып табылады. Бұл жағдайда материалды таңдау және оның термоөңделуі, бөлшектердің рационалды формалары, олардың технологиялығы мен жасалудың дәлдігі қарастырылады.

Бөлшектердің жұмысқабілеттілігі бірқатар критерийлермен анықталады, олар:

1. Беріктік, яғни бөлшектің сыртқы жүктеме әсерінен пайда болатын пластикалық деформацияға немесе қирауға қарсы тұру қабілеті. Беріктілікке есептеген кезде мүмкін кернеулерді анықтау керек, олар көптеген факторлардан тәуелді болады (таңдалған материал, бұйымжы жасау әдісі, термоөңдеу т.б.).

2. Қатаңдық, бөлшектің жүктеме әсерінен форманың және өлшемнің өзгеруіне қарсы тұру қабілетін айтады.

3. Қажалуға төзімділік деп бөлшектің берілген жарамдылық уақытында үйкелесетін беттердің қажетті формада сақтап қалу қабілетін айтады.

4. Жылуға төзімділік деп - берілген жарамдылық уақытында берілген температураның шекті

мәндерінде конструкцияның жұмыс істеу қабілеттілігін айтады.

5. Виброорнықтылық деп резонанстан әлдеқайда алыс диапазондар режимінде бөлшектердің жұмыс істеу қабілетін айтады.

Аталған критерийлерді орындау арқылы конструкцияның сенімділігі артады. Сенімділік деп бөлшектің қажет уақыт аралығанда эксплуатациялық көрсеткіштерді сақтап берілген функцияларды орындау қабілетін айтады. Құрылғы элементтері көп болған сайын оның сенімділігі төмен болады. Уақыт өтумен пайда болған сынықтар толық жұмысқа қабілітсіздіктің пайда болуына әкеледі.

26-тақырып. Машина бөлшектерінің қосылыстары. Бұралмалы қосылыстар.

Машинаны жасау процесі кезінде оның кейбір бөлшектерін өзара байланыстырады және олар ажыратылатын және ажыратылмайтын қосылыстар болып бөлінеді.

Бұзусыз немесе зақым келтірмеусіз бөлшекті бөліп алуға мүмкін болмайтын қосылыстарды ажыратылмайтын қосылыстар деп айтады. Оларға заклепкалы, пісірілген және желімделген қосылыстарды жатқызуға болады.

Бөлшектерге зақым келтірмей құрап және қайтадан бөліктеуге болатын қосылыстарды ажыратылатын қосылыстар деп атайды. Оларға бұрандалы, шпондық, шлицтік және т.б. қосылыстар жатады.

Бұрандалы қосылыстар. Олар ең көп таралған ажыратылатын қосылыстардың түрі. Оны болттар, винттар, шпилькалар, гайкалар мен бұрандысы бар басқа да бөлшектер құрайды. Бұрандалы қосылыстың негізгі элементі ретінде бұранда болады, ол бөлшектің бетінде винттік сызық бойынша орларды ою немесе орау арқылы алынады.

Егер, цилиндрдің бүйір бетіне тікбұрышты иілгіш үшбұрышты цилиндрдің табаны мен үшбұрыштың катеті беттесетіндей етіп орасақ, онда иілгіш үшбұрыштың гипотинузасы бұранда сызығын сызады (26.1а-сурет). Мұндағы, πd – катет, α – бұранда сызығының көтерілу бұрышы, P_h – бұранда сызығының қадамы.

Егер жазық фигураны (үшбұрыш, трапеция және т.б.) винттік сызық бойымен сырыққа орасақ, онда бұл сәйкес профильді бұрама болып табылады (26.2с-сурет). Бұрама профильдің формасына байланысты бес түрге бөлінеді: үшбұрышты (26.1b-сурет), кескіш (26.1с-сурет), трапециялық (26.1d-сурет), тіктөртбұрышты (26.1е-сурет) және дөңгелектік (26.1f-сурет).

26.1-сурет. Бұранда сызығы және профильдары.

Винттік сызықтың бағытына байланысты бұрама оң және сол болады. Оң бұрамада винттік сызық сол жақтан жоғары оң жаққа көтеріледі. Сол жақ бұрама керісінше және ол шектелген қолданысқа ие.

Бұраманың кіріс санына байланысты біркірісті және көп кірісті деп бөлінеді (26.2a,b-сурет). Көпкірісті бұрамалар винттік сызық бойымен қатарынан орналасқан бірнеше профильдерді орау арқылы алынады. Бұраманың кірісі оның шетінен қарағандағы орама санына байланысты.

Бұрама қолданысына байланысты мынадай топтарға бөлінеді: бекітуші, бекіту тығыздаушы және қозғалысты беруші.

Бекітуші бұрамалар бұрама босамау үшін үлкен үйкеліспен; жоғары беріктілікпен; технологиялығымен сипатталады, олар үшбұрышты профильге ие болады. Негізінен барлық бекітуші бұрамалар біркірісті болады.

Бекіту-тығыздаушы бұрамалар герметикалық болуды қажет ететін қосылыстарда қолданылады, оларды да үшбұрышты профильдерден жасайды, бірақ радиалды саңылаулар жасалмайды.

Қозғалысты беретін бұрамалар винттік механизмдерде қолданылады және трапециялық профильге ие болады.

26.2-сурет.

Бұрамалардың профильдарына байланысты түрлері:

1. Метрикалық немесе үбұрыш профильді бұрама (26.3-сурет). Бұл бекітуші бұрамалардың ішіндегі көп таралған түрі. Профилі теңбүйірлі үшбұрыш, сәйкесінше .

26.3-сурет. Метрикалық бұрама

Орамдар мен ойықтардың бастары түзу немесе доға түрінде жұмырланады, нәтижесінде кернеу концентрациясы азаяды, бұраманы бүлінуден қорғайды және техникалық қауіпсіздікке сәйкес келеді. Метрикалық бұрамалар (ГОСТ 8724-81) ірі және ұсақ қадамды болып бөлінеді (26.4-сурет).

26.4-сурет. Метрикалық бұраманың орташа диаметрінің ұсақтау коэффицентіне байланысты қадамының өзгеруі.

Негізінде бекітуші бұрама ретінде үлкен қадамды бұрамаларда қолданады, себебі ол жасау қателіктері мен қажалуға сезімтал емес. Ұсақ қадамды бұрамалар бір-бірінен ұсақтау коэффиценті бойынша ажыратылады, яғни үлкен қадамның сәйкес ұсақ қадамға қатынасы арқылы(26.4-сурет). Ұсақ қадамды бұрама бөлшекті аз босатады және өзітежелуі жоғары болады, себебі бұраманың көтерілу бұрышы аз. Ұсақ қадамды бұрамаларды өзгермелі және таңбасы ауыспалы жүктемелер әсер еткен жағдайларда қолданады.

2.Кескіш бұрама. МЕСТ 10177-62 стандарты бойынша дайындалады. Бұрышы болатын теңбүйірлі емес трапеция түріндегі профильді. Жұмыс жасайтын қабырғасының бұрышы . Орамның дөңгеленуі винттің тозуға төзімділігін жоғарлатады, винт-гайка берілістерінде үлкен бір жақты жүктемелердің әсері кезінде қолданылады.

3. Трапециалық бұрама. Винт-гайка берілісіндегі негізгі бұрама, оның профилі бұрышы болатын тікбүйірлі трапеция. ПӘК үшбұрышты профильге қарағанда жоғары. Өзгермелі жүктемелер әсері кезінде қолданылады.

4. Тіктөртбұрышты. Профилі квадрат. Беріктігі төмен. Стандартталмаған. Аз жүктелген винт-гайка берілістерінде қолданылады.

5. Дөңгелек бұрама. Бұрама профильдері қысқа сызықтармен жалғасқан доға түрінде болады. Профильдің бұрышы Жоғары динамикалық беріктікпен сипатталады.

27-тақырып. Ажыратылмайтын қосылыстар. Пісірілген қосылыстар және заклепкалы қосылыстар.

Бөлшектерді зақым келтірмей ажыратып алуға болмайтын қосылыстарды ажыратылмайтын қосылыстар деп атайды. Ондай қосылыстарға пісірілген, заклепкалы және желімделген қосылыстар жатады.

Пісіріп қосу деп, дене малекулаларының қосылыс күштеріне негізделген, бөлшектердің аздаған аумағын қыздырып, пластикалық күйге жеткізіп, белгілі күшпен қысып немесе балқытып қосатын арыратылмайтын қосылысты айтады.

Машина бөлшектерін пісіріп қосу өте берік қосылыстардың бірі болып табылады, олардың беріктігі белгілі жағдайларды біртұтас бөлшектердің беріктігінен кем түспейді. Сондықтан пісіріп қосу қазіргі заманғы өндірісте кеңінен қолданылады.

27.1-сурет. a) заклепкалы, b) пісірілген қосылыстар.

Бөлшектерді пісіріп қосудың заклепкалы қосылыстарға қарағанда көптеген артықшылықтары бар. Атап айтқанда:

1. Заклепкалы қосылыстарды пісіріп қосумен алмастырғанда 15-20 % метал үнемделеді.

2. Пісіріп қосу заклепкалы қосылысқа қарағанда берік келеді, себебі заклепка қондырылуға арналған тесіктер қосу денелерінің қима ауданын кемітеді.

3. Пісіруге керекті жабдықтардың бағасы мен пісіру техналогиясы арзан және де оларды автоматтандыруға болады.

Қазіргі кезде осы артықшылықтарына байланысты пісіріп қосу заклепкалы қосылыстарды толық алмастырып келеді. Мысалы, көпірлер, құрылыс конструкциялары, жүк көтергіш крандардың металл конструкциясы түгел пісіріп қосу арқылы құралады.

Пісіріп қосудың аздаған кемшіліктері де бар. Мысалы, қыздыру арқылы қосқанда бөлшектер қимасында аздаған күш кернеуі пайда болады және заклепкаға қарағанда айнымалы күштерді нашарлау қабылдайды.

Бірақ, қазіргі уақытта пісіріп қосудың жаңа әдістері, атап айтқанда, диффузия құбылысын пайдаланып пісіру, электрон сәулесімен пісіру, үйкеліспен пісіру немесе инертті газдың бүркемесімен пісіру кеңінен пайдаланылып келеді. Сондай ақ, осы әдістер арқасында легирленген болттардың және түсті металл қорытпаларын беріктігін кемітпей, пісірумен қосуға болады. Сонымен қатар, қазіргі кезде осы әдістермен өте жіңішке (d = 0,1 мм) сым темірлерден бастап қалыңдығы бір–екі метрге дейін жететін қорап бөлшектерін де пісіру арқылы қосуға болады.

Техналогияға байланысты пісіріп қосуды екі түрге бөлуге болады:

1. Бөлшектердің шамалы аудандарын қыздыру арқылы балқытып қосу.

Оған электр доғасымен, электр шлакпен, электр сәулесімен, газбен, флюс қабатының астында автоматты, аргонды доғамен пісіру т.б. жатады. Ең көп тараған түрі–электр доғасымен пісіру, оның үш түрі бар: 1) флюстағы автоматты пісіру. Пісірудің бұл түрі жоғарыөнімді және экономды, жақсы сапалы шов береді. Ұзын шовтары бар конструкцияларды жасайтын үлкен сериялы және бұқаралық өндірісте қолданылады. 2) флюста жартылайавтоматты пісіру. Қысқа үзілісті шовтары бар конструкцияларда қолданылады. 3) қолмен пісіру. Доғалық пісірудің қалған түрлері рационалды болмағанда қолданылады. Пісірудің бұл түрі аз өнімді. Шовтың сапасы пісірушінің квалификациясына байланысты.

2. Пісіріп қосу техналогиясының екінші түрі–металдарды пластикалық күйге жеткізіп, қосылатын бөлшектерді күшпен қосу арқылы пісіру.

Бөлшектерді факумда түйістіріп, диффузия құбылысын пайдаланып пісіруге болады. Бұл әдіспен метелдарды ғана емес, графит пен герметикалық материалдар да пісіріледі.

Пісіру қосылыстарының конструкциялық ерекшеліктері және шовтардың түрлері:

Бөлшектерді түйістіріп қосу. Бұл барлық пісіру қосылыстарының ішіндегі ең қарапайым және сенімді түрі, оларды конструкцияға вибрациялық жүктеме әсер ететін жағдайда қолданады.

27.2-сурет. Түйістіріп пісірудің шовтары.

Түістірілген қосылыстар бөлшектердің қалыңдығына байланысты бірнеше жолмен жүзеге асырылады.

Егер қолмен пісірілген бөлшектердің қалыңдығы 5-8 мм-ге дейін және автоматты пісірілген бөлшектердің қалыңдығы 15 мм-ге дейін болса, жиектерін өңдеудің қажеті жоқ болады. Ал қалың бөлшектердің пісіріп қосу кезінде жиектерін өңдеген жөн.

Егер шов бір жақ бетте ғана болса, бөлшектердің жиегін «V» түрлі етіп алып, ал егер шов екі жағынан да жасалса онда, олардың жиектерін «Х» түрлі етіп өңдеу керек. Бұл әдіспен қалыңдығы 40 мм-ге дейінгі бөлшектерді пісіріп қосуға болады. Іс жүзінде түйістіріліп пісірілген қосылыс шовтың аймағындағы қауіпті қиманың беріктігін табу арқылы есептеледі.

Егер қосылыс созылуға және иілуге жұмыс істесе, онда пайда болатын кернеудің шамасы