Виды нагрузок действующих на детали автомобиля

Виды нагрузок, действующие на детали машин

Классификация деталей и узлов машин. Основные направления в развитии конструкции машин.

Деталь – это часть машины, изготовленная без применения сборочных операций (вал, гайка, шкив, винт и т.д.).

Комплексы совместно работающих деталей, представляющие собой конструктивно – обособленные единицы и обычно объединённые общим назначением, называются узлами или сборочными единицами.

Детали машин делят на следующее части:

1)Группа соединений (неразъёмные: клёпаные, сварочные, паяные; разъёмные: с помощью винтов, шпонок, клиньев и т. п.);

2)Передаточные механизмы (передачи: зацеплением, трением; валы и муфты);

3)Детали, обслуживающие вращательное движение (оси, валы, шейки, пяты, муфты и т.д.);

4)Шарнирно – рычажные и кулачковые механизмы (кривошипы, ползуны, шатуны, коромысла, направляющие, кулиса; кулачки, эксцентрики, ролики.

5)Упругие элементы: пружины или рессоры;

6)Маховики, грузы, бабы, шаботы;

7)Устройства для защиты от загрязнения и для смазывания;

8)Детали и механизмы управления.

Целевая установка курса заключается в том, чтобы исходя из заданной работы деталей и узлов машин дать методы, правила и нормы их проектирования, обеспечивающие выбор наиболее рациональных материалов, форм, размеров, степени точности, качества поверхности, а также технических условий изготовления.

Основные направления в развитии конструкции машин:

1) Замена механизмов с возвратно-поступательным движением, механизмами с равномерным вращательным движением. Примеры замены: паровая и газовая турбины, заменившие при больших мощностях и скоростях поршневые двигатели; центробежные, зубчатые и лопастные насосы, а также турбокомпрессоры, вытесняющие поршневые насосы и компрессоры; станки вращательного движения, заменившие станки ударного действия, и т.д.

2) Применение узловых конструкций:

– разделение машин на части

Разделение на узлы «агрегаты – блоки» дает следующие преимущества:

a) При компоновке машины из самостоятельных узлов разработка различных конструкторских вариантов или модификаций, их испытание, а затем и внедрение в производство могут каждый раз ограничиваться одним узлом, не затрагивая остальных – облегчает процесс модернизации машин.

b) Любая конструкция позволяет на базе небольшого числа агрегатов или блоков создавать машины различного типа.

c) Узловая конструкция сокращает цикл сборочных работ, т.к. все узлы можно собирать и испытывать одновременно и готовыми подавать на общий монтаж.

d) Узловая конструкция облегчает ремонт машин, который может быть сведен к замене одних узлов другими – новыми или отремонтированными.

3) Применение различных типов приводов.

4) Снижение веса машин при улучшении их качества. Это важно в 2-х направлениях:

a) Вес машины вместе с коэффициентом использования металла определяет вес металла пошедшего на изготовление машины;

b) Вес транспортных машин определяет транспортные расходы.

Нагрузки на детали машин и напряжения в них, как известно, могут быть постоянными и переменными по времени.

Нагрузки на детали машин делятся на:

Расчетная нагрузка Ррасч определяется произведением номинальной нагрузки и коэффициента нагрузки К:

К – учитывает динамичность нагрузки и некоторые другие факторы.

По характеру действия нагрузки делят на:

1. статические – длительно действующие на деталь, но постоянно и медленно изменяющиеся в период снятия и приложения нагрузки.

2. повторные или переменные установившегося и неустановившегося режимов.

3. нагрузки малой продолжительности или ударные с коротким циклом изменения напряжения.

Детали, подверженные постоянным напряжениям в чистом виде, в машинах почти не встречаются. Постоянная, неподвижная в пространстве нагрузка вызывает во вращающихся деталях (валах, осях, зубьях зубчатых колёс) переменные напряжения. Однако некоторые детали работают с мало изменяющимися напряжениями, которые при расчёте можно принимать за постоянные. К таким деталям могут быть отнесены детали с большими нагрузками от силы тяжести (в транспортных и подъёмно – транспортных машинах), детали с большой начальной затяжкой (заклёпки, часть крепёжных винтов и пружин) и детали с малым общим числом плавных нагружений.

Переменные напряжения, прежде всего, характеризуются циклом изменения напряжений (отнулевым, знакопеременным симметричным и ассиметричным знакопостоянным или знакопеременным циклами).

Нагрузки могут изменяться плавно или прикладываться внезапно (удары). Существенные ударные нагрузки действуют в машинах ударного действия и в транспортных машинах. Удары также бывают связаны с работой механизмов (переключением зубчатых колёс и кулачковых муфт на ходу, использованием упоров и т.д.), с погрешностями изготовления и увеличенными зазорами в сопряжениях. Очень опасны удары при авариях. Основная характеристика сопротивления удару – ударная вязкость.

Статическим нагрузкам соответствуют статические напряжения, неизменяющиеся в течение длительного времени ни по величине, ни по направлению: заклепки, часть крепежных винтов и пружин, элементы котлов и резервуаров.

Переменным нагрузкам соответствуют переменные напряжения, которые характеризуются циклом изменения напряжения.

В деталях машин возникают следующие циклы:

1) Пульсационный или отнулевой цикл, при котором напряжения изменяются от 0 до max и обратно до нуля (зубья зубчатых колес, работающих в одну сторону, штоки, толкатели и шатуны тихоходных машин, малонагруженные при обратном ходе).

Вычислим некоторые параметры этого цикла:

· среднее напряжение цикла:

Растяжение – со знаком «+», сжатие – с «–», кручение – «+» или «–» выбирается условно в зависимости от выбранного напряжения.

2) Знакопеременный симметричный цикл, при котором напряжения изменяются от отрицательного до такого же по абсолютной величине положительного значения (значение изгиба при вращающихся валах).

σ-1; τ-1 – пределы выносливости при симметричном цикле.

3) Знакопостоянный (винты и пружины) или знакопеременный (большинство деталей); ассиметричные циклы – наиболее общее понятие.

Ассиметричные циклы – частные случаи динамических переменных нагрузок. При расчетах ударные нагрузки приводятся к статическим через коэффициент динамичности.

|следующая лекция ==>
ГРЕЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА IV В. ДО Н. Э|Допускаемые и предельные напряжения. Запас прочности. Табличный и дифференциальный методы определения допускаемых напряжений и запаса прочности

Дата добавления: 2014-01-06 ; Просмотров: 5209 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Виды нагрузок, действующих на детали машин

Нагрузки на детали машин и напряжения в них могут быть постоянными и переменными по времени. Детали, подверженные постоянным напряжениям в чистом виде, в машинах не встречаются. Однако отдельные детали работают с мало изменяющимися напряжениями, которые при расчете можно принимать за постоянные.

Нагрузки могут изменяться плавно или прикладываться внезапно (удары). Перечислим нагрузки, действующие на ДМ:

– усилия, возникающие при изготовлении детали;

– усилия, возникающие при сборке;

– силы от температурных деформаций;

– силы собственного веса детали;

При расчетах деталей машин различают номинальную нагрузку и расчетную. Номинальная нагрузка – это наибольшая из длительно действующих нагрузок на сечение детали. Расчетная нагрузка получается умножением номинальной на коэффициент нагрузки.

Типовые циклы изменения напряжений в сечениях деталей машин.

Переменные напряжения характеризуются циклом изменения напряжений: при отнулевом цикле напряжения меняются от нуля до максимума; при знакопеременном симметричном цикле напряжения меняются от отрицательного до такого же положительного значения.

Критерии работоспособности деталей машин

Основными критериями работоспособности и расчета деталей машин являются прочность, жесткость, износостойкость, коррозионная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость. Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов главным критерием является прочность, а для ходовых винтов — износостойкость.

Жесткость характеризуется изменением размеров и формы детали под нагрузкой. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы.

Изнашивание -процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в подшипниках, в зубчатых зацеплениях и т.п. Увеличение зазоров снижает качественные характеристики механизмов -к.п.д., надежность, точность и т.д.

Читайте также:  Виды впрыска топлива

Коррозия – процесс постоянного разрушения поверхностных слоев металла в результате окисления. Коррозия является причиной преждевременного разрушения многих конструкций. Для защиты от коррозии применяют антикоррозионные покрытия или изготовляют детали из специальных коррозионноустойчивых материалов.

Теплостойкость. Нагрев деталей машин может вызвать: понижение прочности материала и появление ползучести; понижение защищающей способности масляных пленок, а, следовательно, увеличение изнашивания деталей; изменение зазоров в сопряженных деталях, которое может привести к заклиниванию или заеданию и т.п.

Виброустойчивостъ. Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разрушению деталей

Классификация резьб. Геометрические параметры резьбы

Одним из самых распространенных видов разъемных соединений являются резьбовые соединения.

Резьба это выступы, образованные на основной поверхности винтов или гаек и расположенные по винтовой линии.

Резьбы классифицируются по различным признакам:

1) по форме профиля резьбы:

2) по форме основной поверхности:

3) по направлению винтовой линии:

4) по числу заходов:

– многозаходные (Р-шаг резьбы, Рn-ход резьбы; z-число заходов; Рn= Р . z);

6) по форме профиля:

– метрические с треугольным профилем (основные крепежные резьбы);

– трубные (треугольные со скругленными вершинами и впадинами);

– прямоугольные (основные ходовые резьбы);

Геометрические параметры резьбы

Все геометрические параметры резьб и допуски на их размеры стандартизованы. Метрическая резьба свое название получила из-за того, что все ее размеры измеряются в мм (в отличие от дюймовой резьбы).

d -наружный диаметр;

d1 -внутренний диаметр

d2 -средний диаметр ( диаметр воображаемого цилиндра, образующая которого пересекает резьбу в таком месте, где ширина выступа равна ширине канавки);

h -рабочая высота профиля;

Р -шаг ( расстояние между одноименными сторонами соседних профилей, измеренное в направлении оси резьбы)

Pn -ход ( относительное осевое перемещение гайки за один оборот );

φ-угол подъема (угол подъема развертки винтовой линии по среднему диаметру)

Угол профиля метрической резьбы – α=60°

Стандарт предусматривает метрические резьбы с крупным шагом и мелким шагом.

5 Соотношение между окружными и осевыми усилиями в винтовой паре.

Дата добавления: 2018-05-13 ; просмотров: 748 ;

Какие виды нагрузок, действующих на детали машин, вам известны? Каковы отличительные характеристики, статических, циклических и пиковых нагрузок?

Под термином “нагрузка” понимают силу (F) , моментвращающий (или крутящий) (T), момент изгибающий (М) или возникающие в материале детали нормальные напряжения ( , ). Любой вращающий (или крутящий) Т и любой изгибающий момент М можно представить в виде произведения силы F на плечо .

По характеру изменения во времени все внешние силы делят на:

а) статические (постоянные),

б) циклические (переменные),

в) пиковые (ударные).

статические Нагрузки – это силы не изменяющиеся ни по величине, ни по направлению нагрузки (кривая 1) или силы, частота изменения которых во времени на порядок меньше собственной частоты колебаний детали (кривая 2 на рис.).

Циклические нагрузки – это нагрузки, периодически изменяющиеся по направлению во времени. Как правило, по величине они не меняются.

Цикл – это однократное изменение нагрузки во времени (при повторяющемся характере её значений); период цикла t – это время длительности одного цикла нагрузки.

Пиковые нагрузки – это наибольшие по величине нагрузки цикла, длительность действия которых не превышает 3% времени одного цикла.

Статические нагрузки (нагрузка 1 режима или 1 цикла).

Особенность: во время действия нагрузки, напряжения, достигнув некоторой величины, остаются неизменными по величине и знаку.

Классификация режимов нагрузки:

1.Пульсирующие напряжения (нагрузка 2 режима или 2 цикла)

1.наимельшее напряжение цикла =0.

2.среднее и амплитудное значения напряжений цикла равны =

Симметричные напряжения

1.Наибольшее и наименьшее напряжения равны по величине, но противоположны по знаку.

2.Среднее напряжение цикла =0.

Ассиметричные напряжения

1.Наибольшее и наименьшее напряжения равны по величине, по знаку могут быть одинаковы и противоположны.

2.Коэф-т ассиметрии R=-0,2.

9. какие виды циклических нагрузок вам известны? назовите основные параметры, характеризующие циклическую нагрузку. Который цикл нагружения наиболее опасен для детали при равных максимальных значениях напряжений?

Циклические сиЛы – это нагрузки, периодически изменяющиеся по направлению во времени. Как правило, по величине они не меняются (рис.2.3).

Вспомним, что цикл – это однократное изменение нагрузки во времени (при повторяющемся характере её значений); период цикла t – это время длительности одного цикла нагрузки.

Если напряжения вызваны циклически изменяющейся нагрузкой, то они носят название циклических (переменных) напряжений. Все переменные напряжения делят на 3 вида:

· пульсирующие (или II режима, или II цикла),

· симметричные (или III режима, или III цикла),

· асимметричные (или IV режима, или IV цикла).

Все циклические напряжения характеризуют следующими параметрами:

наибольшим(по алгебраическому смыслу) значением напряжения σmax, τmax ;

наименьшим (по алгебраическому смыслу) значением напряжения σmin, τmin ;

средним(по алгебраическому смыслу) значением напряжения(2.1)

– амплитудным значением напряжения(2.2)

– коэффициентом асимметрии цикла(2.3):

С учетом зависимостей (2.1), (2.2) и (2.3) можно получить соотношения напряжений для симметричного и отнулевого циклов (рис.2.6 и 2.7).

Отличительными признаками пульсирующих (отнулевых) напряжений являются:

Отличительными признаками цикла симметричных напряжений являются:

В литературе обозначение этих напряжений снабжают индексом “–1 ”: σ–1или τ–1

Асимметричные напряжения (или напряжения IV режима, или IV цикла) отличаются от рассмотренных выше циклических напряжений тем, что значения σmax, σmin , σa , σm и Rσ могут быть как положительными, так и отрицательными, а также – могут быть целыми или дробными числами. В литературе обозначение этих напряжений снабжают индексом, соответствующим значению коэффициента асимметрии цикла “R ” : σRили τR

Симметричный цикл самый опасный ( большая амлитуда—резонанс)

По каким параметрам оценивают силу циклического напряжения? если сравнивать две циклические нагрузки, имеющие равные амплитудные значения, но разные средние значения цикла, то которая нагрузка опаснее для детали?

Нулевые характеризуются R=0

Симметричные характеризуются /

Асимметричные характеризуются

Нагрузка тем опаснее для детали, чем больше среднее значение цикла.

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-12; Нарушение авторского права страницы

Виды нагрузок действующих на детали автомобиля

Название работы: Основы расчета и проектирования деталей машин

Предметная область: Производство и промышленные технологии

Описание: Статические нагрузки – значение направление и место приложения которых остаются постоянными. Динамические нагрузки – характеризуются быстрым изменением во времени их значения направления и места приложения. Например нагрузки на зубья зубчатых колес.

Дата добавления: 2014-11-10

Размер файла: 443 KB

Работу скачали: 2 чел.

Лекция 18 Основы расчета и проектирования деталей машин

Деталь – изделие, изготовленное из однородного материала, без применения сборочных операций.

Машиной называется механическое устройство, выполняющее движение для преобразования энергии, материала и информации с целью облегчения труда человека.

  1. Виды нагрузок, действующих на детали машин

Рабочая нагрузка воспринимается деталью или узлом в процессе эксплуатации машины.

Статические нагрузки – значение, направление и место приложения которых остаются постоянными. Например: сила тяжести изделия, давление газа или жидкости в трубах и емкостях, сила затяжки болта.

Динамические нагрузки – характеризуются быстрым изменением во времени их значения, направления и места приложения. Например, нагрузки на зубья зубчатых колес.

Номинальная нагрузка – нагрузка, выбираемая из числа действующих в установившемся режиме рабочих нагрузок. В качестве номинальной нагрузки предпочтительно принимать максимальную или наиболее длительно действующую нагрузку.

Рис.1 Законы изменения нагрузки машин

Переменные нагрузки обычно задают в виде графиков (рис.1 I). На рисунке показан закон изменения нагрузки F и частоты вращения детали n (мин -1 ) за некоторый повторяющийся период времени t c . Число таких периодов за полный срок службы суммируется. Плавное изменение нагрузки приближенно заменяется вписанными прямоугольниками со сторонами и . Поэтому закон изменения нагрузки можно представить в виде зависимости постоянных участков нагрузки в порядке убывания от числа циклов (рис.1 II).

Читайте также:  Зависимость силы резания от условий работы резца

Рассматриваемый метод применим к любому виду нагрузки. ; где n – частота вращения об/мин, t Σ – суммарное время работы передачи, в часах; ; где T – срок службы механизма в годах, D – число рабочих дней в году; С – число смен, t с – продолжительность работы за смену в часах.

Заданную переменную нагрузку можно заменить постоянной, равноценной по повреждающему действию на деталь за тот же период времени. Такую нагрузку называют расчетной.

  1. Основные критерии работоспособности деталей машин

Работоспособностью называют такое состояние детали, при котором она способна нормально функционировать с параметрами, установленными нормативно-технической документацией (стандартами, техническими условиями и т.д.)

Прочность – основной критерий работоспособности. Он оценивает способность детали сопротивляться разрушению или пластической деформации под действием приложенных к нему нагрузок.

Основной метод расчета деталей на прочность – расчет по опасной точке (расчет по допускаемым напряжениям). В этом случае условием прочности считается достижение предельного напряжения хотя бы в одной точке конструкции. При статическом нагружении оно имеет вид: ; где ; σ – расчетное напряжение; n – действительный коэффициент запаса (расчетный) прочности; – требуемый (допустимый) коэффициент запаса прочности.

Это условие прочности используется в виде ; где – допустимое напряжение.

При расчетах на кручение (при чистом сдвиге) и при условных расчетах на срез обычно известны предельные значения касательных напряжений τ пред. τ кр τ ср. и условие прочности записывают в виде: или

Требуемый коэффициент запаса прочности зависит от ряда факторов, основные из которых следующие: точность методов расчета, правильность учета нагрузок и характера их приложения, степень ответственности детали, свойства и качество материала детали.

Циклическая прочность. Переменные нагрузки.

До сих пор мы предполагали, что нагрузка является постоянной или медленно возрастает с течением времени. Такие нагрузки называются статическими. В действительных условиях возникают переменные нагрузки, которые быстро изменяются по величине и направлению.

Рассмотрим стержень, нагруженный до напряжения σ max , и разгрузим его до нуля. Кривая σ – ε при разгрузке не совпадет с кривой при нагрузке рис.2. Новая кривая оказывается сдвинутой в сторону больших значений деформаций.

Рис.2 Кривая нагружений стержня

Если после разгрузки стержень вновь нагрузить получится новая кривая, сдвинутая в направлении увеличения деформаций. Это явление называется упругим гистерезисом. Это явление более заметно при знакопеременных нагрузках. В этом случае кривая σ – ε описывает петлю, называемую петлей гистерезиса рис.3 площадь этой кривой численно равна работе затрачиваемой на преодоление межмолекулярного трения и преобразуется в теплоту.

Рис.3 Кривая упругого гистерезиса

Усталость. Разрушение от усталости.

Напряжение, приводящее к разрушению при статической нагрузке, называется статическим пределом прочности σ пр , а само разрушение статическим разрушением.

Разрушение, вызванное повторяющейся нагрузкой, называется разрушением от усталости. Усталость рассматривается как результат расшатывания материала в зоне приложения переменной нагрузки. Под переменной нагрузкой понимается такая нагрузка, которая колеблется между двумя постоянными значениями в определенном ритме. При этом напряжение в материале меняет свою величину от наибольшего до наименьшего значения. Такая смена напряжений называется циклом напряжений.

Наибольшее напряжение цикла называется верхним предельным напряжением , наименьшее – нижним предельным напряжением . Полу сумма верхнего и нижнего напряжений называется средним напряжением цикла , а полу разность амплитудой цикла .

Результат испытания на усталость изображается кривой Вёлера рис.4. С увеличением числа циклов кривая асимптотически приближается к прямой параллельной оси абсцисс и соответствующей некоторой предельной амплитуде . Это показывает, что материал при амплитудах меньших предельной может выдержать любое число циклов. При симметричном цикле амплитуда равна нулю и в этом случае говорят о пределе выносливости при симметричном цикле σ 0 τ 0

Рис.4 Кривая Велера

Диаграммы выносливости строятся на основе эксперимента для каждого вида нагрузки (сжатие, изгиб, кручение)

Для углеродистых и легированных сталей отношение предела выносливости при симметричном цикле к статическому пределу прочности колеблется в зависимости от формы деталей в пределах от 0,35 до 0,7.

Контактная усталость . Контактные напряжения возникают при прижатии двух деталей друг к другу, когда размеры площадки контакта малы по сравнению с размерами детали. Под нагрузкой, отдельные точки поверхностей периодически нагружаются и разгружаются. Длительно действующие переменные контактные напряжения вызывают усталость активных поверхностей детали. На поверхности образуются микротрещины с последующим выкрашиванием частиц металла. Такой вид разрушения называется усталостным выкрашиванием или контактной усталостью .

Жесткость . Упругие перемещения, возникающие в деталях машин под действием рабочих нагрузок, не должны превышать допустимых значений, определяемых назначением и условиями работы конструкции. Способность детали сопротивляться изменению форм и размеров под действием сил называется жесткостью . Расчеты, в основу которых положено условие ограничение упругих упругих перемещений, называют расчетами на жесткость.

Износостойкость. Под износостойкостью понимают способность деталей сопротивляться изнашиванию. Изнашивание – это процесс разрушения поверхностных слоев при трении, приводящий к постепенному изменению размеров, формы и состояния поверхности детали.

Основные виды изнашивания: механическое – результат механических процессов, таких как срез и пластические деформации микронеровносией при относительном перемещении сопряженных поверхностей; коррозионно – механическое изнашивание – результат удаления продуктов коррозии и защитных окислов механическим воздействием.

Изнашивание – процесс, связанный с трением. Трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающему между сопряженными деталями. Трение разделяют по характеру движения на трение скольжения и трение качения. В свою очередь они делятся на сухое трение, вязкое (жидкое) и полужидкое рис.2 (а,б,в). Сухое трение. (Трение без смазки) При относительном сдвиге соприкасающихся поверхностей идет преодоление сил межмолекулярного взаимодействия (сцепления) и упругопластические деформации и частичное разрушение неровностей поверхности. Этот вид трения характерен для резьбовых соединений, ременных и фрикционных передач, сцепных муфт и тормозов. Работа при этом виде трения сопряжена с интенсивным изнашиванием и заеданием рабочих поверхностей деталей.

Вязкое (жидкостное) трение – трение, при котором зоны сопряжения поверхностей разделены слоем смазочного материала, толщина которого превышает сумму высот их неровностей. Нагрузку несет слой масла, а сопротивление перемещению определяется трением между слоями жидкости, обусловленным ее вязкостью. Это наиболее выгодный режим скольжения, характеризующийся отсутствием изнашивания и низким коэффициентом трения 0,01 – 0,001.

Полужидкое трение наблюдается, когда смазывающий слой сопоставим по размерам с размером неровностей. Этот режим преобладает в механизмах, работающих с небольшими скоростями.

4 Виды нагрузок, действующих на детали машин

1.3 Виды нагрузок, действующих на детали машин

В процессе работы детали машин и механизмов находятся под действием внешних (рабочих) нагрузок. Рабочей называется нагрузка (сила, момент), воспринимаемая деталью или узлом в процессе эксплуатации машины.

В процессе эксплуатации детали машин находятся под воздействием чаще всего переменных нагрузок, характер изменения которых может зависеть от систематических или случайных факторов. Так, для машин, выполняющих в производственном процессе определенные технологические функции, характер изменения нагрузок для одного технологического цикла остается приблизительно постоянным. В некоторых случаях, например для транспортных машин, нагрузки зависят от ряда случайных факторов (сопротивления передвижению, определяемому рельефом и состоянием пути, инерционными и ветровыми воздействиями и т. д.).

Статическими называют нагрузки, значение, направление и место приложения которых остаются постоянными или меняются медленно и незначительно от нуля до своего конечного значения, оставаясь в дальнейшем практически постоянными. К этому виду нагрузок относятся собственная сила тяжести изделия, давление газа или жидкости в резервуарах или трубах, сила затяжки болтов.

Читайте также:  Бортова́я се́ть автомобиля

Динамическими называют нагрузки, характеризующиеся быстрым изменением во времени их значения, направления или места приложения. Примером динамических нагрузок могут служить нагрузки на рабочие детали кузнечного молота, на зубья звездочек цепных передач и зубчатых колес и т. д.

В деталях машин, подвергающихся длительное время переменным напряжениям, происходит процесс постепенного накопления повреждений, приводящий к образованию трещины, ее развитию и окончательному разрушению детали. Этот процесс называется усталостью материалов. Подробно расчеты на усталость изложены в курсе «Сопротивление материалов».

В связи с переменным характером рабочих нагрузок иногда в расчеты вводят так называемые номинальные нагрузки. Под номинальной понимают нагрузку, выбираемую из числа действующих в установившемся режиме рабочих нагрузок. В качестве номинальной предпочтительно принимать максимальную или наиболее длительно дей­ствующую нагрузку.

Переменные рабочие нагрузки обычно задают в виде упорядоченных графиков. На рис. 1.9 показан в качестве примера закон изменения нагрузки F и частоты вращения п (мин -1 ) рассчитываемой детали (вала, оси, зубча­того колеса и т. д.) за некоторый повторяющийся период времени tc=t. Число таких периодов (блоков) за полный срок службы обозначают ∑tс. Нагрузкой может быть сила F, изгибающий или крутящий момент М и т. д. Плав­ное изменение нагрузки можно заменить вписанными прямоугольниками со сторонами F1t1, F2t2, . Fiti и n1t1, n2t2, . n iti. Максимальную нагрузку и соответствующую ей частоту вращения отмечают индексом 1, а последующие нагрузки в порядке убывания обозначают 2, 3 и т. д.

Рассматриваемый закон изменения нагрузки можно представить в виде, показанном на рис. 1.10, на котором по горизонтальной оси отложены значения чисел циклов изменения напряжений N, а по вертикальной – значе­ния нагрузок в порядке убывания. На рис. 1.10 показаны три нагрузки, но рассматриваемый метод относится к любому числу нагрузок.

Числа циклов изменения напряжений при действии нагрузок F1, F2, F3, . Fi определяют по формуле N = 60 n t или N = 573 ω t; здесь п – частота враще­ния, мин -1 ; ω – угловая скорость, рад/с; t – суммар­ное время работы передачи, ч; для типичных усло­вий работы привода t = TDCtc где T –срок службы механизма, год; D – число рабочих дней в году; С – число смен; tc – продолжительность работы за смену, ч.

Заданную переменную нагрузку можно заменить по­стоянной, равноценной по повреждающему действию на деталь за тот же период времени. Такую нагрузку назы­вают расчетной.

Размеры деталей машин определяют по расчетным на­грузкам, которые зависят не только от значения и харак­тера изменения рабочей нагрузки, но и от особенностей ее передачи по силовой цепи: степени динамичности, рав­номерности распределения нагрузки по контактирующим поверхностям, особенностей взаимодействия последних (сцеплением или зацеплением); они зависят также от на­значения детали (узла) и условий эксплуатации.

Нагрузки, действующие на машины и аппараты

К самым распространенным видам нагрузок, которые испытывают машины и аппараты, относится внутреннее избыточное давление. Данный вид нагрузки характерен для большинства колонных и теплообменных аппаратов, для трубопроводов, насосов и компрессоров, труб трубчатых печей и т

Все колонные аппараты, установленные на открытом воздухе, подвергаются воздействию ветровых нагрузок. Кроме этого в сейсмоопасных районах также могут возникать сейсмические нагрузки.

Вакуумные колонны, трубопроводы, уложенные под землей, аппараты с рубашкой испытывают воздействие наружного давления.

В теплообменных аппаратах наибольшую опасность вызывают температурные нагрузки.

Весьма серьезную опасность могут вызвать нагрузки от собственного веса аппаратов. Это особенно характерно для печных труб и высоких колонных аппаратов.

Знакопеременные нагрузки могут возникнуть в реакторах замедленного коксования, в валах центробежных насосов и компрессоров.

Валы центробежных насосов и компрессоров, а также другие быстровращающиеся детали могут испытывать динамическиенагрузки.

Но конструирование и расчет оборудования не возможно осуществить без знания основных требований, предъявляемых к конструкциям машин и аппаратов нефтегазопереработки.

3.Основные требования, предъявляемые к конструкциям аппаратов и машин

Для стальных цилиндрических аппаратов, корпусы (обечайки) которых выполняются из листового проката, за базовый принимается внутренний диаметр.Для стальных аппаратов, корпусы которых выполняются из готовых труб, за базовый принимается наружный диаметр.

Конструкция аппаратов должна предусматривать возможность внутреннего осмотра, очистки, промывки, и продувки. Внутренние устройства, препятствую­щие осмотру, должны быть съемными. Рубашки (для наружного обогрева или охлаждения) допускается выполнять приварными.

Аппараты должны иметь круглые люки-лазы для внутреннего 1 осмотра, расположенные в удобных для обслуживания местах. Допускаются овальные лазы с размерами по большей оси не менее 400 мм и по меньшей оси не менее 325 мм.

При наличии у аппарата съемных крышек или днищ и фланцевых штуцеров, обеспечивающих возможность внутреннего осмотра, устройство лазов и люков в аппаратах необязательно.

Крышки лазов и люков должны быть съемными (на аппаратах с вакуумной изоляцией допускаются приварные). При массе съемных крышек более 20 кг должны предусматриваться соответствующие подъемные приспособления.

Кожухотрубчатые теплообменники (за исключением горизонтальных испарителей с паровым пространством), а также аппараты с рубашкой для криогенных жидкостей допускается выполнять без лазов.

Шарнирно-откидные или вставные болты, хомуты и зажимные приспособления крышек, лазов и фланцевых сое­динений должны быть предохранены от сдвига или ослабления.

Опрокидывающиеся аппараты должны иметь приспособ­ления, предотвращающие самоопрокидывание.

Для возможности проведения гидроиспытаний аппарат должен иметь для наполнения и слива воды, а также для поступления и уда­ления воздуха соответствующие штуцера (могут быть использованы технологиче­ские). На вертикальных аппаратах эти штуцера должны быть расположены с учетом возможности проведения гидроиспытаний в горизонтальном положе­нии аппарата.

Для подъема и установки аппарата на нем должны быть предусмотрены стро­повые устройства. Допускается использовать для этих целей имеющиеся на аппарате элементы (горловины и технологические штуцера, уступы и др.), если прочность их при этом не вызывает сомнений, что должно быть проверено расчетом.

Все основные сварные соединения в аппаратах, как правило, должны быть стыковыми двухсторонними или с подваркой, быть доступными для осмотра и контроля.

В горизонтальных аппаратах, нижняя часть которых недоступна для ос­мотра, продольные сварные швы на корпусе не должны быть в пределах 140° нижней его части.

В местах присоединения опор к аппарату наличие сварных швов, как правило, не допускается. Если это не может быть выполнено, необходимо преду­смотреть возможность контроля шва под опорой.

При сварке отдельных элементов аппарата расстояние между краями смежных швов должно быть не менее большей толщины соединяемой стенки.

Расположение отверстий для лазов, люков и штуцеров, как правило, должно быть вне сварных швов. Допускается как исключение устройство отверстий на швах при условии двустороннего провара швов и укрепления отверстий.

Конструкционные материалы, их классификация.

Разнообразные условия работы машин и аппаратов, применяемых в нефте и газопереработке, вызывают необходимость искать критерии рационального выбора материалов.

Повышение долговечности деталей машин и аппаратов в значительной мере может быть достигнуто благодаря изучению основных конструкционных материалов, которые могут быть применены для изготовления оборудования, правильным их выбором, знанием требований, предъявляемых к конструкционным материалом.

Основным конструкционным материалом для аппаратуры нефтехимии является сталь, поставляемая в виде листового и сортового проката, труб или отливок.

Применяют также чугун и цветные металлы. Неметаллические материалы; в том числе полимерные, в качестве конструкционных применяют редко; они служат в основном для облицовки или футеровки оборудования и отдельных узлов и деталей.

Сталь и чугун составляют группу черных металлов. Черные металлы – это сплав железа с углеродом и другими химическими элементами, при этом содержание железа должно быть не мене 45%, а углерода до 4,5%

Ссылка на основную публикацию