|
Другой причиной неточности расчета является затруднительность определения в ряде случаев истинной величины действующей нагрузки. Особенно это относится к переменным и ударным нагрузкам.
Возьмем такой хорошо изученный механизм, как шатунно-кривошипный. В двигателях внутреннего сгорания исходной величиной для расчета на прочность являются максимальные силы давления рабочих газов на поршень. Казалось бы, что в определении этих сил не может быть ошибки. В действительности эти силы и вызываемые ими напряжения в звеньях механизма зависят от многих факторов, прежде всего от податливости и массы звеньев.
Часть энергии вспышки затрачивается на работу упругого растяжения стенок цилиндра, шпилек крепления цилнидра и картера, на сообщение ускорения массе этих деталей (в пределах упругих деформаций). Другая часть энергии расходуется на деформацию сжатия поршня и шатуна, изгиба поршневого пальца, изгиба и кручения коленчатого вала, вытеснение масляного слоя в зазорах между сопрягающимися деталями. Значительная доля энергии тратится иа сообщение ускорений вращающимся деталям и деталям, совершающим возвратно-поступательное движение. Большая часть этой энергии обратима и возвращается на последующих этапах цикла; затраты же на работу вязкого сдвига, вытеснение масляного слоя в зазорах, а также гистерезис при упругой деформации металла являются невозвратимыми.
Чем больше податливость системы, т. е. чем длиннее детали и меньше их сечения, моменты инерции и модуль упругости их материала, тем меньше фактическая сила, нагружающая эти детали, и тем меньше нагрузка на последние звенья механизма. Введение упругих связей в систему, например стяжка упругими болтами, установка пружинных муфт между валами (маховик, гребной винт, электродвигатель, редуктор), упругая крутильная подвеска двигателя, передаточных и исполнительных узлов существенно снижает максимальные напряжения в системе.
Увеличение массы промежуточных деталей повышает мгновенное значение максимальных сил, действующих на предшествующие детали, и уменьшает силы, действующие на юследую-шие (аналогично действию шабота в молотах, поглощающего энергию удара).
Имеет значение и скорость нарастания давления рабочих газов в момент вспышки. Чем больше эта скорость, т. е. чем больше нагрузка приближается к ударной, тем выше напряжение в системе. Однако и прочность материала значительно возрастает с увеличением скорости иагружения.
Повышение прочности при динамических нагрузках обусловлено отставанием внутрикристаллитных пластических деформаций, происходящих с относительно небольшой скоростью, от нарастания напряжений. Так как скорость перемещения дислокаций не может превышать местную скорость звука, то напряжение распространяется через ударную волну.
|
