Материал: 2478
СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
По мере растекания капли в радиальном направлении факторы активации контактных поверхностей ослабевают, и плотность расположения очагов схватывания уменьшается. На периферийных участках пятна контакта возможно наличие зон, где сварки не происходит.
При напылении характеристики прочности очагов схватывания сваркой в самом пятне приваривания ниже характеристик прочности контактного напыляемого материала, а также ниже прочности этого материала, соединенного в режиме наплавки. Это объясняется следующими причинами:
–незначительным взаимным проникновением материала напыляемой частицы и основы, имеющим место при объемном взаимодействии этих материалов;
–наличие макро- и микродефектов созданной металлической связи.
Определение прочности сцепления напыленного слоя с основой проводят с применением двух методов[1]:
–метода среза напыленного участка заданного размера;
–метода растяжения образца с клеевым соединением.
В том и другом случае регистрируют силу резания или усилие разрыва соединения. Знание этих сил и площади среза или площади разрыва позволяет рассчитать прочность сцепления.
Установлены технологические методы повышения прочности сцепления в процессе плазменного напыления.
Одним из методов, способствующих повышению прочности сцепления, относят и ограничение толщины напыляемого слоя. Так установлено, что повышение толщины слоя свыше 1 мм приводит к формированию в нанесенном слое остаточных напряжений такой величины, при которой возможно самопроизвольное разрушение.
Количественные значения плотности плазменных покрытий меньше значений плотности напыляемого материала. Причины образования пор в напыляемом материале обусловлены:
–перемешиванием расплавленных частиц в струе технологических газов;
–неполным растеканием жидких частиц по неровностям основы и затвердевшим частицам,
атакже другими условиями.
Описание закономерности изменения плотности может быть описана известным
эмпирическим уравнением [2]: |
|
ρ = ρт+ (ρ0 – ρт) е –bh2, |
(3) |
где ρ – плотность напыленного слоя при толщине слоя h; ρ0 – плотность покрытия при h→0, т.е. плотность близкая к этой характеристике для контактного материала; b – коэффициент, определяющий скорость уменьшения плотности с ростом толщины; ρт – плотность толстого покрытия, обычно при h=2,5-3 мм, которую находят по двум значениям h.
Вреальных процессах напыления значения плотности составляют 85-95 %. Плотность в процессе напыления изменяется в зависимости от тока дуги, расхода плазмообразующего газа, угла встречи струи с поверхностью.
Остаточные напряжения при плазменном напылении является следствием нанесения расплавленных частиц на поверхность, имеющую многократно более низкую температуру. Затвердевание нанесенных частиц при контакте с основой происходит неравномерно, когда на участке контакта происходит кристаллизация, а верхний слой находится в исходном состоянии.
Взависимости от режима напыления, теплофизических веществ напыляемого материала и основы, а также других условий в напыляемом слое могут быть сформированы как сжимающие, так и растягивающие остаточные напряжения.
Повышение толщины слоя сопровождается суммированием напряжений, что может привести к короблению тонкостенной детали и даже к разрушению наносимого слоя.
Остаточные напряжения могут быть установлены экспериментально-расчетным методом
[5].В соответствии с этим методом измерения и последующие расчеты проводят с применением плоского образца, на одну сторону которого плазменным напылением нанесен слой заданного состава и размера.
ос |
|
h 13 E |
1 |
h 32 E 2 |
|
E |
1 h 13 E 1 h 32 E 2 |
|
|
|
E 1 E 2 h 2 h1 |
|
h 2 |
|
1 |
|
|
1 |
, |
(4) |
||||
|
|
|
h 1 h 2 |
|
2 |
|
|
|
2 h1 E 1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||
|
|
6 R 1 h |
1 |
|
12 R 1 h 2 E 1 h 2 E 2 |
|
|
2 R |
h |
2 E |
2 1 |
|
1 1 2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где h1 и h2 – толщина образца и напыленного слоя; Е1 |
и Е2 – модуль нормальной упругости |
|||||||||||||||||||||||
материала образца и материала напыленного слоя; ν1 |
и ν2 – коэффициент Пуассона материала |
|||||||||||||||||||||||
образца и материала напыляемого слоя. Отдельные результаты работ по восстановлению деталей приведены в таблице 4.
Техника и технологии строительства, № 3(7), 2016 http://ttc.sibadi.org/
СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
Таблица 4 – Применение плазменных покрытий с положительным результатом
Область |
Изделия |
Обеспечение эксплуатационного |
Материал |
|
применения |
свойства |
покрытия |
||
|
||||
|
Детали камеры сгорания |
Теплоизоляция, жаростойкость |
Al2O3; |
|
|
ДВС |
Al-Ni; CeO+LaO |
||
Транспортная |
|
|||
|
|
|
||
Коленчатые валы ДВС |
Восстановление изношенных |
Сталь |
||
техника |
||||
поверхностей |
||||
|
|
|
||
|
Гильзы цилиндра |
Износостойкость |
Сталь |
|
|
|
|
|
|
|
Пресс-формы для литья |
Жаростойкость |
Cr-Ni cплавы |
|
|
под давлением |
|||
|
|
|
||
|
Рабочие поверхности |
Жаропрочность, износостойкость, |
Al2O3; Al-Ni; Cr-B- |
|
|
Ni-Si |
|||
|
матриц для прессования |
теплоизоляция |
||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Оснастка, |
Рабочие поверхности |
Жаропрочность, износостойкость, |
Al2O3; Al-Ni; Cr-B- |
|
штампов |
теплоизоляция |
Ni-Si |
||
инструменты |
Направляющие |
|
|
|
|
|
|
||
|
технологического |
Износостойкость |
Cr-B-Ni-Si; Mo |
|
|
оборудования |
|
|
|
|
Формы для спекания |
Защита от приваривания |
Al2O3 |
|
|
|
|
|
|
|
Режущий, в т.ч. |
Долговечность, точность |
Релит, алмазы, |
|
|
абразивный инструмент |
карбиды |
||
|
|
Изложенное представление поверхностного слоя деталей в процессе восстановления как многоуровнего, позволило выполнять расчеты размеров, снимаемых и наносимых слоев на операциях.
В общем виде оценку толщины наносимого слоя покрытия производят по формуле [5]:
И |
Д |
П |
П л , |
(5) |
где Т – припуск на размер; |
П |
– результирующая |
систематических |
погрешностей; |
П л – результирующая случайных погрешностей; m – число соответствующих геометрических отклонений и погрешностей.
Снимаемый припуск рассчитывают по формуле: |
|
|
|
|
|
П |
ОП |
П л |
ОП |
, |
(6) |
где два последних слагаемых соответствуют результирующим систематических и случайных погрешностей на рассматриваемой операции (переходе).
Заключение
Расчет параметров поверхностного слоя при проектировании технологии с многократным нанесением и снятием поверхностного слоя позволит сократить затраты, связанные с эксплуатацией дорогостоящего оборудования и занятостью рабочего персонала, сократить неоправданные затраты связанные с необоснованным завышением толщины наносимых слоев, избежать технологических потерь, в связи с недостаточной толщиной наносимых слоев, обеспечить требования чертежа по параметрам детали.
Приведенные результаты исследований могут быть использованы при разработке и освоении технологических процессов восстановления деталей нефтегазового, дорожностроительного оборудования, транспортных, технологических и сельскохозяйственных машин.
Библиографический список
1.Вивденко, Ю.Н. Технология ремонта машин / Ю.Н. Вивденко, Г.А. Нестеренко, С.А. Резин. – Омск: изд-во ОмГТУ, 2005. – 200 с.
2.Хасуи, А. Наплавка и напыление / А. Хасуи, О. Моригаки. – Пер. с яп. – М.: Машиностроение, 1985.
–240 с.
3. |
Сулима, А.М. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства машин / А.М. Сулима, |
|
В.А. Шулов, – М.: Машиностроение, 1988. – 240 с. |
|
|
4. |
Вивденко, Ю.Н. Технологические системы производства наукоемкой техники / Ю.Н. Вивденко. – |
|
Омск: изд-во ОмГТУ, 2004. – 544 с. |
|
|
5. |
Вивденко, Ю.Н. Автоматизированная доводка прицезионных деталей |
/ Ю.Н. Вивденко, |
Г.И. Кравченко. – Омск: изд-во ОмГТУ, 2002. – 100 с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Техника и технологии строительства, № 3(7), 2016 |
http://ttc.sibadi.org/ |
|
СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
IN THERMAL SPRAYING TECHNOLOGIES FOR THE REHABILITATION PARTS
D.S. Ivanov
Abstract: In this paper we present the features of details using a plasma spray process in the formation of the upper layer of multi-level detail; given solutions illustrate the effectiveness of the restoration of operational properties of machines.
Keywords: machine parts, repair, surface layer, manufacturing process, plasma spraying, operating properties.
Иванов Дмитрий Сергеевич (Россия, г. Омск) – студент группы НТС-12А1 ФГБОУ ВО «СибАДИ» (644080, г. Омск, пр. Мира, д.5).
Ivanov Dmitrii Sergeevich (Russian Federation, Omsk) – the student The Siberian state automobile and highway academy (SibADI) (644080, Omsk, Mira Ave, 5.).
УДК 517.3
ПРИМЕНЕНИЕ ОПРЕДЕЛЕННОГО ИНТЕГРАЛА К ВЫЧИСЛЕНИЮ ИЗГИБА БАЛКИ И МОМЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ
Е.Ю. Руппель, Е.А. Онучина
ФГБОУ ВО «СибАДИ», Россия, г. Омск
Аннотация. Целью данной работы является рассмотрение некоторых задач из теории вычисления изгибающих моментов балок на базе вычисления определенного интеграла. А также рассматриваются примеры вычисления моментов сопротивлений сечений для балок с равновеликими поперечными сечениями, но разными формами сечений. Проводится сравнительный анализ конструктивных особенностей балок, то есть геометрических свойств их сечения, влияющих на увеличение момента сопротивления.
Ключевые слова: изгибающий момент, момент сопротивления, определенный интеграл.
Введение
В виде примера применения понятия определенного интеграла рассмотрим понятие момента инерции плоской фигуры. А именно, рассмотрим один из основных вопросов из теории сопротивления материалов – задачу об изгибе балки.
Балка – это конструктивный элемент, представляющий собой горизонтальный или наклонный брус, работающий преимущественно на изгиб. Это несущая конструкция, которая может быть изготовлена из дерева или металла. Балка применяется в строительстве зданий и сооружений, в технике находят применение кран-балки. Это одна из разновидностей подъемного крана. Основные преимущества данного устройства заключаются в удобстве его использования и сравнительно невысокой стоимости – собственно, именно этими качествами и можно объяснить востребованность данного изделия [1].
Вывод момента инерции сечения балки относительно нейтральной линии
Для простоты, мы ограничимся случаем горизонтально расположенной призматической балки, имеющей к тому же продольную вертикальную плоскость симметрии, так что все ее поперечные сечения (равны между собой) имеют вертикальную ось симметрии. Назвав осью балки прямую, проходящую через центры тяжести этих сечений, предположим, далее, что балка изгибается внешними силами, лежащими в плоскости симметрии и перпендикулярными к оси. Тогда изгиб оси произойдет, очевидно, в плоскости симметрии. Поставим перед собой задачу определения, появившихся при этом внутренних сил и силы упругости.
|
|
Техника и технологии строительства, № 3(7), 2016 |
http://ttc.sibadi.org/ |
СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
|
С |
|
|
|
ω |
|
|
R |
|
k’ |
l’ |
|
p’ |
q’ |
|
r’ |
s’ |
m’ |
y |
n’ |
k |
|
l |
p |
|
q |
r |
y |
s |
Рис.1. Элемент балки под действием внешних сил
Рассмотрим элемент балки klmn , представленный на рисунке 1, который благодаря изгибу примет вид k’l’m’n’. Ясно, что при этом наружные волокна окажутся растянутыми, а внутренние – сжатыми; для некоторого среднего слоя pq (называемого нейтральным) не будет ни растяжения, ни сжатия.
Определим теперь относительное удлинение. Относительное удлинение показывает, насколько удлинилось тело:
l
l 0
где l – абсолютное удлинение волокна, l0 – длина волокна, которая при изгибе не изменилась. Рассматривая элементарный участок балки, мы можем принять изогнутые линии m’n’, r’s’, p’q’,
k’l’ за дуги окружностей, описанных из общего центра С. Пусть R будет радиус кривизны дуги p’q’ в точке p’ (следовательно, и радиус дуги окружности, которую мы заменяем); тогда радиус
дуги r’s’будет R+y. Обозначая угол при С через ω имеем: p q R , r s R y . Но длина волокна rs равна длине волокна pq, которая при изгибе не изменилась (так как pq лежит в нейтральном слое), поэтому l0 rs R , и удлинение рассматриваемого волокна
rsвыразится разностью найдем выражение:
l r s rs R y R y ; а для относительного удлинения
|
l |
|
r s rs |
|
y |
|
y |
|
l 0 |
rs |
R |
R |
|||||
|
|
|
|
Та же формула имеет место и для точек, лежащих по другую сторону от нейтрального слоя, но тогда речь будет не об удлинении, а об укорочении.
Растяжение и сжатие продольных волокон балки создают в них напряжения, которые перпендикулярны к площади поперечного сечения (т.е. параллельны направлению оси балки). Мы предполагаем, как это обыкновенно делается в теории сопротивления материалов, что плоские поперечные сечения балки, перпендикулярные к ее оси, и после изгиба остаются плоскими и перпендикулярными к оси и лишь, в виду изгиба оси, перестают быть параллельными. В этом состоит так называемая гипотеза Бернулли. По общему закону упругости (закону Гука), величина напряжения σ (рассчитанного на единицу площади) в каждом
|
|
Техника и технологии строительства, № 3(7), 2016 |
http://ttc.sibadi.org/ |
СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
слое волокон пропорциональна соответствующему растяжению или сжатию, т.е. выражается формулой:
|
E |
y |
, |
(1) |
|
R |
|||||
|
|
|
|
где y и R имеют прежние значения, а Е есть постоянный коэффициент пропорциональности, зависящий от упругих свойств материала балки (модуль упругости или модуль Юнга).
|
y |
|
dy |
|
y |
|
z |
z1= φ1(y) |
z2= φ2(y) |
Рис. 2. Поперечное сечение балки и схема напряжений в ней
Рассмотрим какое-нибудь поперечное сечение балки, изображенное на рисунке 2; пусть Оу будет его осью симметрии, a Oz – нейтральной линией (след нейтрального слоя). Сообразим теперь, какие внутренние силы будут действовать после изгиба на левую часть балки со стороны ее правой части вдоль взятого сечения. Очевидно, ниже нейтрального слоя, где произошло растяжение, напряжения, будут направлены направо, выше же нейтрального слоя, где имеет место сжатие, эти напряжения направлены налево. Схема распределения напряжений указана на том же рисунке 2. Разложим сечение балки на элементарные горизонтальные полоски и рассмотрим одну из них, ширины dy, на расстоянии у от нейтральной линии.
В виду (1), напряжение в ней будет равно Ey , так что элементарное усилие, действующее
|
R |
|
|
|
|
на выделенную полоску, выразится так: |
|
|
|
|
|
F |
Ey z |
2 |
z1 |
dy |
. |
|
|
|
|
R
При этом, положительному у отвечает «положительное» усиление, направленное налево, а отрицательному у – «отрицательное» усилие, т.е. направо. Сумма всех этих усилий, очевидно, будет равна [2]:
F RE z 2 z1 ydy
Пределы интеграла мы опускаем, но из формулы: M z x y 2 y1 dx если заменить в ней
x на y и y на z, ясно, что интеграл этот выражает статический момент Mz сечения балки относительно нейтральной линии, так что окончательная сумма всех действующих в рассматриваемом сечении усилий выразится так:
F |
E M z |
(2) |
R
Если отбросить вовсе правую часть балки, но приложить к левой части те внутренние силы, с которыми на ней действовала правая часть, то эта левая часть балки останется в равновесии. Для этого, между прочим, необходимо, чтобы проекции всех действующих сил на ось балки в сумме давали нуль, откуда следует, что F должно равняться нулю, так как прочие действующие
|
|
Техника и технологии строительства, № 3(7), 2016 |
http://ttc.sibadi.org/ |