|
Простейшим методом проверки деталей на прочность и жесткость является их испытание на стенде в условиях, наиболее приближающихся к рабочим. Перемещения измеряют индикаторами или тензометрами. Хорошо поддаются стендовым испытаниям быстроходные роторы, например, рабочие диски центробежных или осевых компрессоров, нагруженные главным образом центробежными силами. Частоту вращения испытываемой детали постепенно увеличивают до частоты, превышающей на 20— 40% рабочую, что соответствует возрастанию напряжений на 40—100% по сравнению с расчетными. Такие испытания воспроизводят действительные условия иагружения (кроме термических напряжений, возникающих в роторах тепловых машин).
Для определения запасов прочности испытание иногда ведут вразнос, т. е. до полного разрушения детали.
Самый верный, хотя и дорогой метод — это комплексная проверка машины в целом, состоящая в длительном испытании машины на форсированных режимах на стенде или в эксплуатационных условиях. Через определенные промежутки времени машину частично или полностью разбирают для определения состояния деталей и признаков приближающихся поломок. При таком методе комплексно выявляются элементы конструкции, слабые по прочности и износостойкости. Возможность облегчения деталей устанавливают только косвенным путем - по состоянию деталей после длительной работы.
Повышение расчетных напряжений. Некоторые возможности уменьшения массы заложены в повышении расчетных напряжений и снижении запасов надежности.
Отметим, что речь идет о реальном снижении запаса надежности, приводящем к уменьшению сечений детали, а не о формальном снижении, получающемся при повышении напряжений в результате уточнения расчета.
Наибольший выигрыш достигается при растяжении-сжатии, когда масса обратно пропорциональна напряжению, что увеличение расчетных напряжений без изменения формы деталей всегда сопровождается уменьшением жесткости, которая во многих случаях определяет работоспособность детали.
По эффективности метод повышения напряжения уступает другим способам уменьшения массы.
При увеличении наружного диаметра на 5 % и диаметра внутреннего отверстия на 10% можно уменьшить массу вала на 25%, сохранив тот же уровень напряжений при одновременном повышении жесткости на 5%.
Как видно, придание рациональной формы деталям является более действенным и целесообразным способом снижения массы, чем увеличение напряжений.
В большинстве машиностроительных конструкций повышение напряжений дает незначительный эффект вследствие ограниченности категории расчетных деталей, масса которых, как правило, составляет небольшую долю массы конструкции. Подавляющая часть — это нерасчетные корпусные детали. Для обширного класса машин (поршневых двигателей, компрессоров, турбин, насосов, металлообрабатывающих станков и т. д.) масса корпусных (преимущественно литых) деталей составляет 60 — 80% общей массы машин, а доля расчетных деталей не превышает 10—20%. Если учесть, что корпусные детали по условиям технологии изготовления выполняют с большими запасами прочности, то очевидно главные резервы уменьшения массы машин заложены в облегчении корпусных деталей.
Пусть в машине массой 5 т литые корпусные детали составляют 70% по массе и средняя толщина их стенок 12 мм. Уменьшение толщины стенок только на 1 мм дает выигрыш в массе ~ 300 кг, который нельзя получить при самом скрупулетиом расчете деталей, направленном на уменьшение их массы.
Разумеется, уменьшение массы корпусных деталей не должно снижать их прочности, жесткости и устойчивости. Уменьшение сечений должно быть компенсировано повышением прочности стенок путем улучшения технологии литья, устранения местных дефектов литья и внутренних напряжений. Чисто конструктивными приемами облегчения корпусных деталей без ущерба для жесткости и прочности являются: придание деталям плавных очертаний, скругление углов, применение жестких скорлупчатых и сводчатых форм, рациональное оребрение, введение связей между элементами конструкции, применение рациональных силовых схем.
Есть, однако, конструкции, у которых расчетные детали составляют относительно большую долю массы. К этой категории относятся машины с преобладанием металлоконструкций (кран-балки, портальные и стреловые краны), самолетные конструкции, ферменные сооружения (опорные каркасы, стойки, вышки, башни, мачты). Для машин и сооружений этого типа уточнение расчета и разумное уменьшение запасов прочности дают большой выигрыш в массе.
| 
