Файл: Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. Конструкции, расчет и проектирование учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 245
Скачиваний: 3
Кроме обычных видов разрушения (поломок) деталей, в прак тике наблюдаются также случаи разрушения их поверхности (кулачки, подшипники, зубья колес и т. п.). Эти разрушения связаны с так называемыми контактными напряжениями, возни кающими в месте соприкосновения двух деталей в тех случаях, когда размеры площадки касания малы по сравнению с размерами деталей (сжатие двух цилиндров, кулачка и ролика, двух шаров, шара и плоскости, и т. п.).
Если величина контактных напряжений больше допустимой, то на поверхности детали появляется вмятина, борозда, трещина или мелкие раковины.
При расчете контактных напряжений следует различать два характерных случая: 1) первоначальный контакт в точке (два шара, шар и плоскость); 2) первоначальный контакт по линии (два цилиндра с параллельными осями, цилиндр и плоскость). Во втором случае до приложения удельной нагрузки цилиндры соприкасаются по линии. Под нагрузкой линейный контакт пере ходит в контакт по узкой площадке. При этом точки максималь ных нормальных напряжений сгк располагаются по продольной оси симметрии контактной площадки. Величину сгк вычисляют по формуле Беляева — Герца (при коэффициенте Пуассона р =
=0,3).
Взоне контакта материал подвергается трехосному сжатию.
Максимальное контактное напряжение тк возникает на некотором расстоянии, равном 0,4b (где Ь — ширина контактной площадки), от поверхности контакта
|
|
тк га О,30к. |
то |
Если контактируемые тела перекатываются со скольжением, |
|
касательные напряженая увеличиваются и возникают ближе |
||
к |
поверхности контакта. При коэффициенте трения скольжения |
|
f |
= |
0,2 |
|
|
тк = 0,36ак. |
Переменные по величине контактные напряжения вызывают появление усталостных напряжений поверхностных слоев дета лей. На поверхности возникают микротрещины с последующим выкрашиванием мелких частиц металла.
Износостойкость определяется величиной износа детали за определенное время. Износ является результатом действия кон тактных напряжений или удельных давлений при скольжении без жидкостного трения. Интенсивность износа, а следовательно,
исрок службы детали при износе зависит от величины этих напря жений и скорости скольжения, а также от коэффициента трения
иизносостойкости материала.
Износ деталей не должен превышать некоторой допустимой для данного механизма величины.
9
Для повышения износостойкости деталей широко используют смазку трущихся поверхностей, применяют антифрикционные материалы, специальные виды химико-термической обработки поверхностей (хромирование, никелирование, азотирование, це ментирование, закалку и т. д.).
Трущиеся детали должны обладать малым коэффициентом трения скольжения и незначительно изнашиваться. Там, где возможно, необходимо заменять трение скольжения трением каче ния и вводить автоматическую смазку. Для быстровращающихся деталей желательно применять аэродинамические опоры с воздуш ной смазкой.
При расчете на прочность деталей, подверженных износу, уменьшают величину допускаемых давлений, иногда значительно.
Вследствие износа выходит из строя большое число деталей машин, значительно возрастает стоимость эксплуатации, что при водит к необходимости проведения периодических ремонтов и за мены деталей.
Предел выносливости и износостойкость деталей снижаются при наличии коррозии, когда нарушается химическая однород ность материала и ухудшается качество поверхности деталей. Коррозия является причиной преждевременного разрушения мно гих машин и конструкций.
Для защиты от коррозии применяют антикоррозионные покры тия или изготовляют детали из специальных коррозионностойких материалов. При этом особое внимание уделяют деталям, рабо тающим в агрессивных средах в присутствии воды, солей, водя ного пара, кислот, щелочей.
Не менее важным критерием работоспособности деталей яв ляется жесткость. Во многих случаях именно условиями жестко сти определяется окончательная форма деталей.
Достаточной является такая жесткость, при которой деформа ция (прогиб или угол закручивания) не должна превышать за данной величины при выполнении условия достаточной прочности.
Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих деформаций деталей в пределах, допускаемых для конкретных условий работы. Эти ограничения обычно определяются техно логическими условиями (например, количество отжимаемой влаги из волокнистых материалов в значительной степени зависит от прогиба отжимных валов) или условиями работы сопряженных деталей (правильность зацепления зубчатых колес нарушается при больших прогибах валов и т. д.).
Нормы жесткости или величины упругих деформаций уста навливают на основании опыта эксплуатации и расчетов.
Расчеты на жесткость приобретают большое значение в связи с широким внедрением высокопрочных материалов, отличающихся повышенными, по сравнению с обычно применяемыми материа лами, характеристиками прочности ав и ат при таком же почти модуле упругости Е (характеристика жесткости).
Ю
Исходя из условий получения достаточной жесткости, кон структор должен правильно подобрать не только материал, но и профиль сечения или конфигурацию детали при минимальных затратах материала. Наиболее подходящими формами сечения являются пустотелые, фасонные и гнутые профили проката.
Существенным критерием работоспособности многих деталей машин для производства химических волокон является вибро устойчивость (веретена, валы, электроцентрифуги, транспорти рующие и вытяжные диски, нитеводительные штанги и т. п.). Вибрация вызывает дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводит к усталостному разрушению деталей. Почти во всех случаях вибрация механизмов и машин ведет к на рушению технологического процесса. Особенно опасными яв ляются резонансные колебания.
Всвязи с повышением скоростей машин опасность вибрации возрастает, поэтому расчеты на вибрацию приобретают все боль шее значение.
Впроизводстве химических волокон многие детали работают
взоне высоких температур (расплавопроводы, нагреватели, пластификационные ванны, термокамеры, утюги, дозирующие и на порные насосы для расплава полимера, детали сушильных аппа ратов и т. п.). Теплостойкость материала в таких случаях яв ляется важным критерием работоспособности.
Нагрев деталей может вызвать: понижение прочности мате риала; уменьшение защищающей способности масляной пленки, и следовательно, увеличение износа трущихся деталей; изменение зазоров между сопряженными деталями, ведущее к заклиниванию или задирам; снижение точности работы.
Для определения влияния нагрева деталей на качество их работы выполняют тепловые расчеты и, если необходимо, вносят
соответствующие конструктивные изменения.
При проектировании машин для производства химических волокон, работающих во влажных и агрессивных средах, особое внимание следует уделять защите деталей от коррозии: выбирать антикоррозионный материал как для изготовления самих деталей, так и для защитного покрытия (свинец, коррозионностойкие стали, бакелит, карболит, винипласт, фаолит, полиэтилен, поли пропилен, фторопласт, резина и т. д.).
При проектировании машины или механизма необходимо стремиться к снижению стоимости производства, улучшению технико-экономических показателей.
Стоимость производства изделия в значительной степени опре деляется технологичностью его конструкции. Технологичной называют такую конструкцию, которую изготовляют с минималь ными затратами времени, труда и средств в условиях данного производства.
Особое внимание следует обращать на сокращение затрат на механическую обработку резанием, как наиболее дорогую и
11
трудоемкую операцию. В связи с этим при получении заготовок деталей сложной формы необходимо использовать фасонный про кат, точное литье, штамповку, сварку или их комбинации: штам повку и сварку, литье и сварку. Современное состояние технологии литья и штамповки часто позволяет получить достаточно точные размеры деталей без дополнительной механической обработки.
При выборе формы деталей массового производства следует предусматривать возможность их обработки на агрегатных стан ках, автоматических поточных линиях, а также сборку машины на конвейере.
При индивидуальном и мелкосерийном производстве необхо димо избегать применения литых и штампованных заготовок, так как при этом затраты на изготовление, например моделей, штампов, используются неэффективно. Такие детали целесо образно изготовлять сварными или коваными.
В массовом производстве особое значение имеет широкое при менение стандартных деталей и сборочных единиц. Это позволяет значительно снизить стоимость производства путем специализа ции цехов и заводов.
Детали массового производства должны быть взаимозаменяе мыми, что возможно только при соблюдении допусков на размеры. Взаимозаменяемость изделий значительно снижает затраты на ремонт и сокращает время простоя машин в ремонте.
Одним из направлений развития современного машинострое ния является так называемое агрегатирование машин и механиз мов. При этом изделия разбивают на ряд агрегатов, которые могут быть заменены без существенных изменений технологии производ ства и конструкции изделия в целом. Агрегатирование позволяет быстро модернизировать изделия, приспосабливать их к совре менным требованиям.
ГЛАВА II :
ВИБРАЦИЯ УПРУГИХ СИСТЕМ МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХИМИЧЕСКИХ в о л о к о н
При проектировании современных машин и механизмов, работа ющих с повышенными скоростями, расчет на вибрацию является одним из основных и необходимых видов расчета.
В рассматриваемой главе основы расчета на вибрацию изло жены в общем виде. Полученные формулы и зависимости в даль нейшем будут использованы при проектировании основных упру гих систем механизмов машин для производства химических во локон.
Вибрирование машины, узла или детали — это колебательное движение, поддерживаемое различными внешними силами. Основ-
12
I
