Материал: Sb95798

2.5. Чертеж детали

Чертеж детали – документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля.

Чертеж детали должен содержать:

-изображение детали, необходимое для ее изготовления и контроля;

-все размеры с предельными отклонениями;

-сведения о шероховатости поверхности;

-условное обозначение материала детали: наименование, марка, номер стандарта (ГОСТ).

Следует помнить, что каждый конструкторский документ должен содержать только необходимую информацию в соответствии с назначением документа.

3.СОСТАВЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ ПРИБОРА

Исследование сложных механических систем с полным учетом всех особенностей реальных объектов очень сложно, а часто и невозможно. Вместе с тем нет никакой необходимости пытаться учитывать все особенности конструкции, так как большинство из них не оказывает существенного влияния на результаты решения той или иной задачи. Поэтому при проведении расчетов реальную конструкцию заменяют упрощенной системой – расчетной схемой, выбор которой является исключительно важным этапом расчета. От этого выбора зависит точность и трудоемкость исследования.

Чем сложнее расчетная схема, чем ближе она к реальной конструкции, тем более точно можно решить задачу. Однако, с другой стороны, усложнение расчетной схемы вызывает усложнение ее математического описания, что влечет за собой трудности в реализации алгоритма. Таким образом, расчетная схема должна отражать наиболее существенные параметры реальной конструкции при данном исследовании.

Для составления расчетной схемы студенту необходимо:

1.Схематизировать свойства материалов.

2.Схематизировать геометрию рассчитываемого элемента конструкции.

3.Схематизировать закрепления.

4.Схематизировать внешнюю нагрузку.

5.Выбрать допускаемые напряжения.

6

3.1. Схематизация свойств материала

Конструктивные элементы механизмов изготавливаются из различных материалов: металлов, сплавов, дерева, полимеров и др. Как правило, материалы имеют неоднородности, несплошности и другие дефекты. Атомистическая теория строения вещества вообще говорит о дискретной структуре. Математическое описание макрообъектов с учетом этих особенностей затруднено. В связи с этим в прикладной механике приняты гипотезы.

Гипотеза о сплошности материала предполагает, что материал заполняет форму тела сплошь, т. е. в любом элементарном объеме, выделенном в пределах тела, содержится вещество.

Гипотеза об однородности материала предполагает, что в любом эле-

ментарном объеме, выделенном в пределах тела, содержится одно и то же вещество, обладающее одинаковыми свойствами. Т. е. модуль упругости и

коэффициент Пуассона постоянны в любой точке исследуемого тела.

Гипотеза об изотропности предполагает, что свойства материала в различных направлениях одинаковы. Анизотропные материалы – это материалы, свойства которых зависят от направления. Пример такого материала – дерево: его свойства вдоль волокон отличаются от свойств поперек волокон.

Гипотеза об идеальной упругости предполагает, что изменения размеров и формы тела, которые вызваны внешними силами, исчезают после снятия нагрузки, т. е. тело восстанавливает свою первоначальную форму.

Гипотеза о пропорциональной (линейной) зависимости предполагает,

что все изменения размеров и формы тела, вызванные внешней нагрузкой, линейно зависят от уровня этой нагрузки.

Гипотеза о естественном состоянии предполагает, что в материале конструкции отсутствуют начальные напряжения, т. е. ненагруженное тело считается ненапряженным.

По гипотезе об абсолютной жесткости материал предполагается настолько жестким, что перемещения точек конструкции могут считаться малыми по сравнению с ее линейными размерами.

Все указанные гипотезы очень важны. Так гипотеза об идеальной упругости предполагает полную обратимость энергетического процесса при нагрузке и разгрузке без рассеяния энергии.

7

Гипотезы об однородности, сплошности и изотропности создают представление о характере тела, лишенном какой-либо структуры, что позволяет использовать дифференциальные методы.

Гипотеза о малых перемещениях точек конструкции по сравнению с ее размерами приводит к возможности расчета конструкции по недеформированной схеме.

Реальные материалы не обладают в полной мере указанными идеальными свойствами. Однако многие из них, например сталь, медь, керамика, обладают хорошей упругостью – до определенного предела напряжений (предела упругости).

Как правило, конструкции проектируются таким образом, чтобы максимальные расчетные напряжения не превышали предела пропорциональности, а в этом случае справедлив закон Гука.

Материалы в действительности не могут быть однородными, сплошными и изотропными в силу молекулярного строения. Однако размеры кристаллов, как правило, очень малы по сравнению с размерами исследуемого тела, а в этом случае применение данных гипотез будет давать результаты с точностью, достаточной для инженерных расчетов.

Гипотеза об отсутствии начальных напряжений не всегда соответствует состоянию реального материала. Чаще всего ее применение оказывается вынужденным вследствие неизвестности напряженно-деформированного состояния объекта до нагружения.

3.2. Схематизация геометрии рассчитываемого элемента конструкции

При составлении расчетной схемы необходимо ввести упрощения в геометрию рассчитываемых элементов конструкции. Большинство конструкций могут быть сведены к расчетным схемам стержня, пластины, оболочки и массивного тела.

Стержень – тело, продольные размеры которого значительно превышают его поперечные размеры (балка, вал). Стержень образуется перемещением плоской фигуры вдоль некоторой кривой. Эта фигура называется поперечным сечением. Кривую, по которой перемещается центр фигуры, называют осью стержня. Сечение, не перпендикулярное к оси стержня, называют наклонным. В зависимости от формы оси стержень может быть прямым, кривым и пространственно изогнутым. Сечение стержня может быть постоянным и переменным вдоль оси.

8

Оболочка – тело, ограниченное криволинейными поверхностями, расположенными на близком расстоянии друг от друга. Геометрическое место точек, равноотстоящих от обеих сторон поверхностей оболочки, носит название срединной поверхности. По своей форме оболочки могут быть сферические, цилиндрические, конические. Если срединная поверхность оболочки является плоскостью, то такую оболочку называют пластиной.

Массивные тела – тела, у которых все 3 размера одного порядка.

В рамках данного курсового проекта конструкцию можно привести к схеме стержня переменного сечения.

3.3. Схематизация закрепления

Тело, перемещение которого в пространстве ничем не ограничено, называется свободным. Тело, перемещение которого в пространстве ограничено другими телами, называется несвободным. Тела, ограничивающие перемещения, – связи. Свободное тело в пространстве может совершать 3 линейных перемещения (в направлении трех взаимно перпендикулярных осей системы координат) и 3 угловых перемещения (повороты относительно осей системы координат).

В покое свободное тело будет тогда, когда будут равны нулю 6 возможных перемещений. В точках контакта рассматриваемого несвободного тела со связями возникают силы взаимодействия. Силы, с которыми связи действуют на тело, называются реакциями связей.

Реакции связей проявляются в результате принципа освобождаемости: всякое несвободное тело можно рассматривать как свободное, если действие связи можно заменить силами (реакциями), приложенными к телу, т. е. отбросить связь как тело и заменить ее силой. Так как реакция обеспечивает ограничение соответствующих перемещений, то в качестве линии действия используется направление соответствующего ограничения перемещения. Если известно, перемещения каких точек тела ограничены и в каком направлении, то известны и точки приложения и направления сил реакции связей.

Основные виды опор и их реакции:

1.Гибкая невесомая нерастяжимая нить. Препятствует движению только в натянутом состоянии, поэтому реакция направлена всегда вдоль нити от тела.

2.Шарнирно-подвижная опора (плоский цилиндрический шарнир). Ограничивает перемещение тела в направлении перпендикуляра к той по-

9

верхности, по которой перемещается шарнир. В этом направлении действует реакция связи.

3.Шарнирно-неподвижная опора (плоский цилиндрический шарнир). Ограничивает линейное перемещение тела. Реакция лежит в плоскости чертежа и имеет произвольное направление.

4.Сферический шарнир. Линия действия реакции этого шарнира проходит через центр сферы и имеет произвольное направление.

5.Защемление (жесткая заделка). Полностью ограничено перемещение. Возникают линейные и вращательные реакции опор.

Опоры в рамках данного курсового проекта могут трактоваться как жесткие защемления или заделки.

3.4. Схематизация внешней нагрузки

При рассмотрении элемента конструкции (тела) отдельно от окружающих тел действие последних на него заменяют внешними силами. Внешняя сила – мера воздействия физических объектов.

По продолжительности действия внешние силы подразделяют на постоянные, действующие в течение всего времени существования изделия, и временные, действующие лишь на некотором промежутке времени.

По характеру действия они бывают статическими и динамическими. Статические силы сообщают телу малые ускорения, которыми можно пренебречь при исследовании. Динамические силы придают значительные ускорения, которыми пренебрегать не следует. Если конечное изменение внешней силы и скорости тела, передающего силу, происходит в очень короткий промежуток времени, динамическая сила называется ударной.

По месту приложения к телу внешние силы подразделяют на объемные и поверхностные. Объемные силы распределены по всему объему, занятому телом. Поверхностные – распределены по поверхности. Если поверхность соприкосновения очень узкая, то можно считать, что сила распределена по линии – распределенная сила. Если площадка, на которой действует поверхностная сила, мала по сравнению с поверхностью всего тела, то поверхностную силу можно считать сосредоточенной в точке тела.

Нагрузок, распределенных по линии или сосредоточенных в точках, реально не существует; они могут быть получены лишь в результате схематизации реальных нагрузок, распределенных по объему и по поверхности.

10