Классификация нагрузок. Постоянные и временные нагрузки и их виды

Сопротивление материалов. Основные задачи раздела. Классификация нагрузок.

Наука, о прочности и деформируемости материала.

Задачи.

А) Расчет на прочность: прочность – это способность материала сопротивляться нагрузкам и разрушениям;

Б) Расчет на жесткость: жесткость – способность материала сопротивляться деформациям;

В) Расчет на устойчивость: устойчивость – способность сохранять устойчивое равновесие.

Классификация нагрузок.

В процессе работы сооружения и конструкции воспринимают и передают нагрузки (силы).

Силы могут быть:

А) Объемными (сила тяжести, сила инерции и т.д.);

Б) Поверхностные (поверх. воды, давление воды);

Поверхностные нагрузки бывают:

Сосредоточенные

Распределенные нагрузки

В зависимости от характера действия нагрузки:

А) статические – постоянные по величине или медленно нарастающие;

Б) динамические – быстро меняющиеся нагрузки или ударные;

В) повторно-переменная нагрузка – нагрузки меняющиеся во времени.

Расчетные схемы. Гипотезы и допущения.

Они упрощают расчеты.

Расчетные схемы.

Расчетные схемы –деталь, которая подвержена расчету на прочность, жесткость, устойчивость.

Все многообразие конструкций деталей сводится к 3 расчетным схема:

А) Брус – тело у которого один из размеров больше 2 других (балка, бревно, рельс);

Б) Оболочка – тело у которого один из размеров меньше двух других (корпус ракеты, корпус корабля);

В) Массив – тело у которого все 3 стороны приблизительно равны (станок, дом).

Допущения.

А) Все материалы имеют непрерывное строение;

Б) Материал детали однороден, т.е. обладает одинаковыми свойствами во всех точках материала;

В) Все материалы считаются изотропными, т.е. у них во всех направлениях одинаковые свойства;

Г) Материал обладает идеальной упругостью, т.е. после снятия нагрузки тело полностью восстанавливает свою форму и размеры.

Гипотезы.

А) Гипотеза о малости перемещений.

Перемещения, возникающие в конструкции под действием внешних сил очень малы, поэтому ими пренебрегают в расчетах.

Б) Допущения о линейной деформируемости.

Перемещение в конструкциях прямо пропорциональны действующим нагрузкам.

Метод сечений. Виды нагружений (деформаций)

Метод сечений.

Рассмотрим груз нагруженный внешними силами P1, P2, P3, P4. Применим к брусу метод сечений: рассечем его плоскостью L на 2 равные части, левую и правую. Левую отбросим, правую оставим.

Правая часть – оставленная, будет находиться в равновесии, т.к. в поперечном сечении будут возникать внутренние силовые факторы (ВСФ), которые уравновешивают оставленную часть заменяют действия отброшенной части.

А) N – продольная сила

Б)Qx – поперечная сила

В) Qy – поперечная сила

Г) Mz – крутящий момент

Д) Mx – изгибающий момент

Е) My – изгибающий момент.

Виды деформаций (нагружений)

А) Растяжение, сжатие: такая деформация при которой в поперечном сечении действует только продольная сила N(пружина, баян, сельфон);

Б) Кручение – такая деформация при которой в сечении действует только крутящий момент Mz (вал, зубчатое колесо, гайка, юла);

В) Изгиб – деформация при которой в сечении действует изгибающий момент Mxили My(изгиб балки, изгиб балкона);

Г) Сдвиг – такая деформация при которой в сечении действует поперечная сила QxилиQy(срез и смятие заклепки).

Рассмотренные деформации считаются простыми.

Сложный вид деформации.

Деформация, при которой в сечении действуют одновременно 2 или более внутренних силовых фактора (совместные действия изгиба и кручения: вал с зубчатым колесом).

Вывод: метод сечений позволяет определить ВСФ, вид деформации. Для оценки прочности конструкции определяют интенсивность внутренних сил-напряжения.

Механические напряжения.

Механическим напряжением – называют, величину внутреннего силового фактора, приходящегося на площадь поперечного сечения.

Деформация растяжения, сжатия. ВСФ, напряжения.

Деформация растяжение, сжатие.

Это деформация, при которой в сечении возникает продольная сила N.Пример (пружина, баян, трос,).

Вывод: Растяжение – деформация, при которой сила направлена от сечения, сжатие – к сечению .

Напряжения при Р-С:

Вывод: при Р-С возникают нормальные напряжения, т.е. они также, как и продольная сила N перпендикулярны сечению.

Расчеты на прочность при растяжении, сжатии.

Существуют 3 расчета на прочность:

А) Проверка на прочность

Б) Подбор сечения

В) Определение допускаемой нагрузки

Вывод: расчеты на прочность нужны чтобы предугадать разрушения.

Закон Гука при растяжении, сжатии.

Е – модуль Юнга (или модуль упругости).

Е.И. как у напряжения.

Модуль Юнга для каждого материала различен и выбирается из справочного материала.

Нормальное напряжение прямо-пропорционально продольной деформации- Закон Гука .

Модуль Юнга характеризует жесткость материала при растяжении-сжатии.

Смятие. Расчеты на смятие.

Если толщина соединяемых деталей небольшая, а нагрузка действующая на соединение большая, то между поверхностью соединяемых деталей и стенками отверстия возникает большое взаимное давление.

Оно обозначается – Сигма см.

В результате этого давления мнется заклепка, болт, винт…, форма отверстия искажается, герметичность нарушается.

Расчеты на прочность.

Срез. Расчеты на срез.

Если 2 листа толщиной Sсоединить между собой заклепками, болтом, то по плоскостям перпендикулярным осевым линиям этих деталей произойдет срез.

Расчеты на срез.

Кручение. Чистый сдвиг. Закон Гука при кручении.

Кручение – деформация, при которой в поперечном сечении детали возникает крутящий момент Mz (вал, зубчатое колесо, червяк).

Кручение можно осуществить при чистом сдвиге тонко-стенной трубы.

На гранях выделенного элемента a,b,c,dвозникает касательное напряжение τ(тау)–этим и характеризуется чистый сдвиг .

При чистом сдвиге между касательными напряжениями τи углом сдвига γ(гамма) установлена прямая зависимость – закон Гука при кручении :τ=G*γ

G- модуль сдвига, характеризует жесткость материала при сдвиге.

Измеряется – Мпа.

2) G=E*E(модуль Юнга)

Для одного и того же материала между модулями сдвига G и модулем Юнга, существует зависимость (3).

Модуль сдвига опр-ют из формулы путем расчета, приняв величины из справочного материала.

Напряжения при кручении. Распределение касательных напряжений в сечении.

Ws – полярный момент сопротивления сечению.

Касательное напряжение распределены в сечении по линейному закону, tmaxнаходится на контуре сечения, t=0 в центре сечения, все остальные t между ними.

Ws – для простейших сечений.

Расчеты на прочность при кручении.

Вывод: расчеты на прочность при кручении необходимы, чтобы предугадать разрушения.

Расчеты на жесткость при кручении.

На жёсткость рассчитываются точные валы, для потери точности пружинения.

Относительный угол закручивания.

Обе величины могут измеряться в градусах, либо в радианах.

Изгиб. Виды изгибов. Примеры изгибов.

Изгиб – деформация при которой действует изгибающий момент (Mx, My).

Примеры : изгиб в строительной балке, парта, балкон.

Виды :

Прямой изгиб

Косой изгиб

Чистый изгиб

Классификация механических передач

- по принципу передачи движения : передачи трением и передачи зацеплением; внутри каждой группы существуют передачи непосредственным контактом и передачи гибкой связью;
- по взаимному расположению валов : передачи с параллельными валами (цилиндрические, передачи с пересекающимися осями валов (конические), передачи со скрещивающимися валами (червячные, цилиндрические с винтовым зубом, гипоидные);
- по характеру передаточного числа : с постоянным передаточным числом и с бесступенчатым изменением передаточного числа (вариаторы).

В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на:

-редукторы (понижающие передачи) - от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения и увеличивают крутящий момент;

-мультипликаторы (повышающие передачи) - от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения и уменьшают крутящий момент.

Фрикционные передачи

Фрикционная передача - механическая передача, служащая для пере­дачи вращательного движения (или для преобразования вращательного движе­ния в поступательное) между валами с помощью сил трения, возникающих между катками, цилиндрами или конусами, насаженными на валы и при­жимаемыми один к другому.

Фрикционные передачи классифицируют по следующим признакам:

1. По назначению:

С нерегулируемым передаточным числом (рис.9.1-9.3);

С бесступенчатым (плавным) регулированием передаточного числа (вариа­торы).

2. По взаимному расположению осей валов:

Цилиндрические или конусные с параллельными осями (рис.9.1, 9.2);

Конические с пересекающимися осями (рис.9.3).

3. В зависимости от условий работы:

Открытые (работают всухую);

Закрытые (работают в масляной ванне).

4. По принципу действия:

Нереверсивные (рис.9.1-9.3);

Реверсивные.

Достоинства фрикционных передач:

Простота конструкции и обслуживания;

Плавность передачи движения и регулирования скорости и бесшумность работы;

Большие кинематические возможности (преобразование вращатель­ного движения в поступательное, бесступенчатое изменение скоро­сти, возможность реверсирования на ходу, включение и выключение передачи на ходу без остановки);

Равномерность вращения, что удобно для приборов;

Возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа, причем на ходу, без остановки передачи.

Недостатки фрикционных передач:

Непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания;

Незначительная передаваемая мощность (открытые передачи - до 10-20 кВт; закрытые - до 200-300 кВт);

Для открытых передач сравнительно низкий КПД;

Большое и неравномерное изнашивание катков при буксовании;

Необходимость применения опор валов специальной конструкции с прижимными устройствами (это делает передачу громоздкой);

Для силовых открытых передач незначительная окружная скорость ( 7 - 10 м/с);

Большие нагрузки на валы и подшипники от прижимной силы , что увеличивает их размеры и делает передачу громоздкой. Этот недостаток ограничивает величину передаваемой мощности;

Большие потери на трение.

Применение.

Они применяются в машиностроении сравнительно редко, например, во фрикционных прессах, молотах, лебедках, буровой технике и т.п. Эти передачи применяются преимущественно в приборах, где требуется плавность и бесшумность работы (магнитофоны, проигрыва­тели, спидометры и т. п.).

Передача Винт-гайка

Передача винт-гайка состоит из : винта и гайки, сопри­касающихся винтовыми поверхностями.Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное.

Различают два типа передач винт-гайка :

Передачи трения скольжения или винтовые пары трения скольжения;

Передачи трения качения или шариковинтовые пары. Ведущим элементом в передаче, как правило, является винт, ведомым - гайка. В передачах винт-гайка качения на винте и в гайке выполнены винто­вые канавки (резьба) полукруглого профиля, служащие дорожками ка­чения для шариков.

В зависимости от назначения пе­редачи винты бывают:

- грузовые, применяемые для создания больших осевых сил.

- ходовые, применяемые для перемещений в механизмах подачи. Для снижения потерь на трение применяют преимущественно трапецеи­дальную многозаходную резьбу.

- установочные, применяемые для точных перемещений и регули­ровок. Имеют метрическую резьбу. Для обеспечения безлюфтовой пере­дачи гайки делают сдвоенными.

Основные достоинства:

1.возможность получения большого выигрыша в силе;

2. высокая точность перемещения и возможность получения медленного движения;

3. плавность и бесшумность работы;

4. большая несущая способность при малых габаритных размерах;

5. простота конструкции.

Недостатки передач винт-гайка скольжения:

1.большие потери на трение и низкий КПД;

2. затруднительность применения при больших частотах вращения.

Применение передачи “винт-гайка”

Наиболее характерными областями применения передачи винт – гайка являются:

Поднятие грузов (домкраты);

Нагружение в испытательных машинах;

Осуществление рабочего процесса в станках (винтовые процессы);

Управление оперением самолетов (закрылки, руки направления и высоты, механизмы выпуска шасси и изменения стреловидности крыла);

Перемещение рабочих органов робота;

Точные делительные перемещения (в измерительных механизмах и станках).

Зубчатые передачи

Механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми ко­лесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступатель­ную пару, называют зубчатойпередачей . Меньшее из колес передачи принято называть шестерней, а большее – колесом, звено зубчатой передачи, соверша­ющее прямолинейное движение, называют зубчатой рейкой.

Классификация:

- по взаимному расположению осей колес : с параллельными осями, с пересекающимися осями со скрещивающимися осями) с преобразованием движения

- по расположению зубьев относительно образующих колес: прямозубые; косозубые;шевронные; с круговым зубом;

- по направлению косые зубья бывают: правые и левые.

- по конструктивному оформлению : открытые и закрытые;

- по числу ступеней: одно- имногоступенчатые;

Червячные передачи

Червячная передача (или зубчато-винтовая передача) - механизм для передачи вращения ме­жду валами посредством винта и сопряженного с ним червячного колеса. Червяк и червячное колесо, образуют совместно высшую зубчато-винтовую кинематическую пару, а с третьим, неподвижным звеном, низшие вращательные кинематические пары.

Достоинства:

· Плавность работы;

· Малошумность;

· Самоторможение - при некоторых передаточных отношениях;

· Повышенная кинематическая точность.

Недостатки:

· Повышенные требования к точности сборки, необходимость точной регулировки;

· При некоторых передаточных соотношениях передача вращения возможна только в одном направлении - от винта к колесу. (для некоторых механизмов может считаться достоинством).

· Сравнительно низкий КПД (целесообразно применять при мощностях менее 100 кВт)

· Большие потери на трение с тепловыделением, необходимость специальных мер по интенсификации теплоотвода;

· Повышенный износ и склонность к заеданию.

Червяки различают по следующим признакам:

По форме образующей поверхности:

· цилиндрические

· глобоидные

По направлению линии витка:

По числу заходов резьбы

· однозаходные

· многозаходные

· по форме винтовой поверхности резьбы

· с архимедовым профилем

· с конволютным профилем

· с эвольвентным профилем

· трапецеидальный

Редуктор

Редуктор (механический) - механизм, передающий и преобразующий крутящий момент, с одной или более Механическими передачами.

Основные характеристики редуктора -КПД, передаточное отношение, передаваемая мощность, максимальные угловые скорости валов, количество ведущих и ведомых валов, тип и количество передач и ступеней.

Прежде всего редукторы классифицируются по типам механических передач : цилиндрические, конические, червячные, планетарные, волновые, спироидные и комбинированные.

Корпуса редукторов : в серийном производстве широко распространены стандартизованные литые корпуса редукторов. Чаще всего в тяжёлой промышленности и машиностроении применяются корпуса из литейного чугуна, реже из литейных сталей.

Классификация редукторов

• Червячные редукторы
• Цилиндрические редукторы
• Классификация редукторов в зависимости от вида передач и числа ступеней

Ременные передачи

Устройство и назначение

Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью и может применяться для передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии один от другого. Она состоит из двух шкивов (ведущего, ведомого) и охватывающего их бесконечного ремня, надетого с натяжением. Ведущий шкив силами трения, возникающими на поверхности контакта шкива с ремнем вследствие его натяжения, приводит ремень в движение. Ремень в свою очередь заставляет вращаться ведомый шкив.

Область применения

Ременные передачи применяются для привода агрегатов от электродвигателей малой и средней мощности; для привода от маломощных двигателей внутреннего сгорания.

Цепные передачи

Цепные передачи – это передачи зацеплением и гибкой связью, состоящие из ведущей и ведомой звездочек и охватывающей их цепи. В состав передачи также часто входят натяжные и смазочные устройства, ограждения.

Достоинства:

1. возможность применения в значительном диапазоне межосевых расстояний;

2. меньшие, чем у ременных передач, габариты;

3. отсутствие проскальзывания;

4. высокий КПД;

5. относительно малые силы, действующие на валы;

6. возможность передачи движения нескольким звездочкам;

7. возможность легкой замены цепи.

Недостатки:

1. неизбежность износа шарниров цепи из-за отсутствия условий для жидкостного трения;

2. непостоянство скорости движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек;

3. необходимость более точной установки валов, чем для клиноременной передачи;

4. необходимость смазывания и регулировки.

Цепи по назначению разделяют на три группы:

1. грузовые – используют для закрепления грузов;

2. тяговые – применяют для перемещения грузов в машинах непрерывного транспорта (конвейерах, подъемниках, эскалаторах и др.);

3. приводные – используют для передачи движения.

Применение: Передачи используют в сельскохозяйственных, подъемно-транспортных, текстильных и полиграфических машинах, мотоциклах, велосипедах, автомобилях, нефтебуровом оборудовании.

Механизмы

Механизм - внутреннее устройство машины, прибора, аппарата, приводящее их в действие. Механизмы служат для передачи движения и преобразования энергии (редуктор, насос, электрический двигатель).

Механизм состоит из 3 групп звеньев:

1. Неподвижные звенья- стойки

2. Ведущие звенья- передаёт движение

3. Ведомые звенья- воспринимают движения

Классификация механизмов :

1. Рычажные механизмы: кривошибно-шатунный механизм- кривошиб(врощательные движения), шатун(калибательное), ползун(поступательное).

Применение: Поршневые насосы, паровые машины.

Валы и оси

В современных машинах наиболее широко используется вращательное движение деталей. Менее распространено поступательное движение и его комбинация с вращательным (винтовое движение). Движение поступательно перемещающихся частей машин обеспечивается специальными устройствами, называемыми направляющими . Для осуществления вращательного движения используют специальные детали – валы и оси, которые своими специально приспособленными для этого участками – цапфами (шипами) или пятами– опираются на опорные устройства, называемые подшипниками или подпятниками.

Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой ци­линдрической формы), предназначенную для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, звездочек, катков и т. д., и для передачи вра­щающего момента.

При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях помимо изгиба и кручения валы могут испытывать деформацию растяже­ния (сжатия).Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали и работают только на кручение (карданные валы автомобилей, валки прокатных станков и др.).

Осью называют деталь, предназначенную только для поддержания ус­тановленных на ней деталей.

В отличие от вала ось не передает вращающего момента и работает только на изгиб. В машинах оси могут быть неподвижными или же могут вращаться вместе с сидящими на них деталями (подвижные оси).

Лассификация валов и осей

По назначению валы подразделяют на:

Передаточные- несущие только различные детали механических передач (зубчатые колеса, шкивы ременных передач, звездочки цепных передач, муфты и т.д.),

Коренные- несущие основные рабочие органы машин (роторы электродвигателей и турбин, шатунно-поршневой комплекс двигателей внутреннего сгорания и поршневых насосов), а при необходимости ещё дополнительно и детали механических передач (шпиндели станков, приводные валы конвейеров и т.п.). Коренной вал станков с вращательным движением инструмента или изделия называется шпинделем .

По геометрической форме валы делят на : прямые; криво­шипные;коленчатые; гибкие; телеско­пические; карданные .

По методу изготовления различают : цельные и составные валы.

По виду поперечных сечений участков вала различают сплошные и полые валы с круглым и некруглым поперечным сечением.

Подшипники

Подшипник - Сборочный узел, являющийся частью опоры или упора и поддерживающий вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение или линейное перемещение (для линейных подшипников ) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции.

По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:

· подшипники качения;

· подшипники скольжения;

Подшипники качения

Представляет собой уже готовый узел, основными элементами которого являются тела кочения- шарики или ролики, установленные между кольцами и удерживаемые на определённом расстояние друг от друга.

Достоинства:

1. Малая стоимость, из-за массового производства.

2. Не большие потери на трение и малый нагрев при работе.

3. Малые осевые размеры.

4. Простота конструкции

Недостатки:

1. Большие радиальные размеры.

2. Нет разъёмных соединений.

Классификация:

1. По форме тел качения: шариковые, роликовые.

2. По напровлению действия: радиально-упорные,упорные, упорно-радиальные.

3. По числу рада тел качения: однородные, двухрядные, четырёхрядные.

4. По основным конструктивным признакам: самоутанавливающиеся, несамоустанавливающиеся.

Применение: В машиностроение.

Подшипники скольжения

Подшипник скольжения – состоит из корпуса, вкладешей и смазывающих устройств. В простейшем виде они представляют собой втулку (вкладышь), встоенную в станину машины.

Смазка является одним из основных условий надёжной работы подшипника и обеспечивает низкое трение, разделение подвижных частей, теплоотвод, защиту от вредного воздействия окружающей среды.

Смазка может быть:

• жидкой (минеральные и синтетические масла, вода для неметаллических подшипников),
• пластичной (на основе литиевого мыла и кальция сульфоната и др.),
• твёрдой (графит, дисульфид молибдена и др.) и
• газообразной (различные инертные газы, азот и др.).

Классификация:

Подшипники скольжения разделяют:

в зависимости от формы подшипникового отверстия:

• одно - или многоповерхностные,
• со смещением поверхностей (по направлению вращения) или без (для сохранения возможности обратного вращения),
• со смещением или без смещения центра (для конечной установки валов после монтажа);

по направлению восприятия нагрузки :

• радиальные
• осевые (упорные, подпятники),
• радиально-упорные;

по конструкции :

• неразъемные (втулочные; в основном, для I-1),
• разъемные (состоящие из корпуса и крышки; в основном, для всех, кроме I-1),
• встроенные (рамовые, составляющие одно целое с картером, рамой или станиной машины);

по количеству масляных клапанов :

• с одним клапаном,
• с несколькими клапанами;

по возможности регулирования :

• нерегулируемые,
• регулируемые.

Достоинства

• Надежность в высокоскоростных приводах
• Способны воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки
• Сравнительно малые радиальные размеры
• Допускают установку разъемных подшипников на шейки коленчатых валов и не требуют демонтажа других деталей при ремонте
• Простая конструкция в тихоходных машинах
• Позволяют работать в воде
• Допускают регулирование зазора и обеспечивают точную установку геометрической оси вала
• Экономичны при больших диаметрах валов

Недостатки

• В процессе работы требуют постоянного надзора за смазкой
• Сравнительно большие осевые размеры
• Большие потери на трение при пуске и несовершенной смазке
• Большой расход смазочного материала
• Высокие требования к температуре и чистоте смазки
• Пониженный коэффициент полезного действия
• Неравномерный износ подшипника и цапфы
• Применение более дорогих материалов

Применение: Для волов больших диаметров; тихоходных машин; бытовая техника.

Му́фта - устройство (деталь машины), предназначенное для соединения друг с другом концов валов и свободно сидящих на них деталей для передачи крутящего момента. Служат для соединения двух валов, расположенных на одной оси или под углом друг к другу.

Классификации муфт.

По видам управления

· Управляемые - сцепные, автоматические

· Неуправляемые - постоянно действующие.

Неразъемные соединения.

Соединения сварные

Сварное соединение - неразъёмное соединение, выполненное сваркой.

Сварное соединение включает три характерные зоны, образующиеся во время сварки: зону сварного шва, зону сплавления и зону термического влияния, а также часть металла, прилегающую к зоне термического влияния.

Зоны сварного соединения: самая светлая - зона основного металла, темнее - зона термического влияния, самая тёмная область в центре - зона сварного шва. Между зоной термического влияния и зоной сварного шва находится зона расплавления.

Сварной шов - участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации.

Металл шва - сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами или только переплавленным основным металлом.

Основной металл - металл подвергающихся сварке соединяемых частей.

Зона сплавления - зона частично сплавившихся зёрен на границе основного металла и металла шва.

Зона термического влияния - участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке или наплавке.

Клеевые соединения.

Клеевые соединения находят все большее применение в связи с созданием высококачественных синтетических клеев. Наиболее широко применяют клеевые соединения внахлестку, работающие на сдвиг. При необходимости получить особо прочные соединения, применяю комбинированные соединения: клеевинтовые, клеезаклепочные, клеесварные.

Области применения клеев.

Наиболее крупными потребителями клеевых материалов являются деревообрабатывающая промышленность, строительство, легкая промышленность, машиностроение, авиационная промышленность, судостроение и др.

Применяются клеи в устройствах связи, сигнализации и энергоснабжения.

Комбинированные соединения: клеесварные, клеерезьбовые, клееклепанные - значительно улучшают технические характеристики деталей и механизмов, обеспечивают высокую прочность и, в ряде случаев, герметичность конструкций.

Клеи нашли применение в медицине для склеивания костей, живых тканей и других целей.

Разъемные соединения.

Шпоночные соединения

Шпоночные соединения служат для закрепления на валу (или оси) вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, муфт и т. п.), а также для передачи вращающего момента от вала к ступице детали или, наоборот, от ступицы к валу.Конструктивно, на валу делается паз, в который закладывается шпонка и затем на эту конструкцию надевается колесо, которое так же имеет шпоночный паз.

В зависимости от назначения шпоночного соединения существуют шпонки разной формы:

А) Призматическая шпонка с плоским торцом;
б) Призматическая шпонка с плоским торцом и отверстиями для крепежных винтов;
в) Шпонка со скруглённым торцом;
г) Шпонка со скруглённым торцом и отверстиями для крепежных винтов;
д) Сегментная шпонка;
е) Клиновая шпонка;

ж) Клиновая шпонка с упором.

Шлицевые соединения

Шлицевые соединения используют для соединения валов и колёс за счёт выступов на валу и в падинах в отверстии колеса.

По принципу действия шлицевые соединения напоминают шпоночные соединения, но имеют ряд преимуществ:

· лучшее центрирование деталей на валу;

· передают больший вращающий момент;

· высокая надёжность и износостойкость.
В зависимости от профиля зубьев различают три основных типа соединений:

а) Прямобочные зубья (число зубьев Z = 6, 8, 10, 12), ГОСТ 1139-80;
б) Эвольвентные зубья (число зубьев Z = 12, 16 и более), ГОСТ 6033-80;
в) Треугольные зубья (число зубьев Z = 24, 36 и более).
Широкое распространение шлицевые соединения получили в механизмах, где нужно перемещать колесо вдоль оси вала, например в переключателях скоростей автомобилей.
Шлицевые соединения надежны, но не технологичны, поэтому их применение ограничено из за высокой стоимости изготовления.

Резьбовые соединения

Резьбовым называют разъёмное соединение составных частей изделия с применением детали, имеющей резьбу.
Резьба представляет собой чередующиеся выступы и впадины на поверхности тела вращения, расположенные по винтовой линии. Телом вращения может быть цилиндр или круглое отверстие - цилиндрические резьбы. Иногда используется коническая резьба. Профиль резьбы соответствует определённому стандарту.

Виды резьбовых соединений

Название	Изображение	Примечание
Болтовое соединение		Используется для скрепления деталей небольшой толщины. При обрыве резьбы легко заменяется.
Винтовое соединение		Винт может иметь любую головку. Резьба нарезается непосредственно в корпусе детали. Недостаток - резьба в корпусе может быть повреждена, что приводит к замене всего корпуса.
Соединение шпилькой		Затяжка осуществляется гайкой. Шпилька закручена в корпус. При обрыве резьбы в корпусе, нарезается новая резьба большего диаметра или, если это невозможно, то заменяется весь корпус.
Соединение шпилькой		Затяжка производится двумя гайками. При обрыве резьбы легко заменяется.

Основные конструктивные формы головок болтов и винтов

а) Шестигранная головка для затяжки гаечным ключом; б) Круглая головка со шлицом для затяжки отвёрткой; в) Потайная головка со шлицом для затяжки отвёрткой.

Крепежно-уплотняющие резьбы. Их используют в резьбовых изделиях, предназначенных как для скрепления деталей, так и для создания герметичности. К ним относятся резьбы: трубная цилиндрическая, трубная коническая, коническая дюймовая, круглая дюймовая.

Установочные винты и соединения.
Установочные винты применяют для фиксации положения деталей и предотвращения их сдвига.

а) С плоским торцом, используется для фиксации при малой толщине детали. б) Конический хвостовик. в) Ступенчатый хвостовик.

Ступенчатый и конический хвостовики используются для крепления деталей имеющих предварительное засверливание.

Пример использования установочного винта с коническим хвостовиком.

Болты и соединения специального назначения.

Фундаментные болты. Специальные крепёжные элементы, изготовленные в виде стержня с резьбой. Они служат в основном для крепления различного оборудования и строительных конструкций. Их применяют в местах, где необходимо прочное и надёжное крепление конструкций в бетонном, кирпичном, каменном или другом основании. Болт помещается в основание и заливается бетоном.
Рым-болт (болт нагруженный) - предназначен для захвата и перемещения машин и деталей при монтаже, разработке, погрузке и тому подобное.
Крюк с болтом нагруженным - предназначен для зацепления и перемещения различных грузов.

Гайки.
В разъёмных резьбовых соединениях болты и шпильки снабжены гайками. Гайки, в отверстиях имеют ту же резьбу, что и болты (тип, диаметр, шаг). Резьбовое отве

Классификация нагрузок.

Статистические нагрузки (рис. 18.2а ) не меняются со време­нем или меняются очень медленно. При действии статистических нагрузок проводится расчет на прочность.

Повторно-переменные нагрузки (рис. 18.26) многократно меня­ют значение или значение и знак. Действие таких нагрузок вызывает усталость металла.

Динамические нагрузки (рис. 18.2в) меняют свое значение в короткий промежуток времени, они вызывают большие ускоре­ния и силы инерции и могут привести к внезапному разрушению конструкции.

Из теоретической механики известно, что по способу приложе­ния нагрузки могут быть сосредоточенными или распределенными по поверхности.

Реально передача нагрузки между деталями происходит не в точке, а на некоторой площадке, т. е. нагрузка является распреде­ленной.

Однако если площадка контакта пренебрежительно мала по сравнению с размерами детали, силу считают сосредоточенной.

При расчетах реальных деформируемых тел в сопротивлении материалов заменять распределенную нагрузку сосредоточенной не следует.

Аксиомы теоретической механики в сопротивлении материалов используются ограниченно.

Нельзя переносить пару сил в другую точку детали, перемещать сосредоточенную силу вдоль линии действия, нельзя систему сил за­менять равнодействующей при определении перемещений. Все выше­перечисленное меняет распределение внутренних сил в конструкции.

Формы элементов конструкции

Все многообразие форм сводится к трем видам по одному при­знаку.

1. Брус - любое тело, у которого длина значительно больше других размеров.

В зависимости от форм продольной оси и поперечных сечений различают несколько видов брусьев:

Прямой брус постоянного поперечного сечения (рис. 18.3а);

Прямой ступенчатый брус (рис. 18.35);

Криволинейный брус (рис. 18.Зв).

2. Пластина - любое тело, у которого толщина значительно меньше других размеров (рис. 18.4).

3. Массив - тело, у которого три размера одного порядка.

Контрольные вопросы и задания

1. Что называется прочностью, жесткостью, устойчивостью?

2. По какому принципу классифицируют нагрузки в сопротивлении материалов? К какому виду разрушений приводят повторно- переменные нагрузки?

4. Какое тело называют брусом? Нарисуйте любой брус и укажите ось бруса и его поперечное сечение. Какие тела называют пластинами?

5. Что называется деформацией? Какие деформации называют упругими?

6. При каких деформациях выполняется закон Гука? Сформулируйте закон Гука.

7. Что такое принцип начальных размеров?

8. В чем заключается допущение о сплошном строении материалов? Поясните допущение об однородности и изотропности материалов.

ЛЕКЦИЯ 19

Тема 2.1. Основные положения. Нагрузки внешние и внутренние, метод сечений

Знать метод сечений, внутренние силовые факторы, составляющие напряжений.

Уметь определять виды нагружений и внутренние силовые факторы в поперечных сечениях.

Элементы конструкции при работе испытывают внешнее воздействие, которое оценивается величиной внешней силы. К внешним силам относят активные силы и реакции опор.

Под действием внешних сил в детали возникают внутренние силы упругости, стремящиеся вернуть телу первоначальную форму и размеры.

Внешние силы должны быть определены методами теоретической механики, а внутренние определяются основным методом сопротивления материалов - методом сечений.

В сопротивлении материалов тела рассматриваются в равновесии. Для решения задач используют уравнения равновесия, полученные в теоретической механике для тела в пространстве.

Используется система координат, связанная с телом. Чаще продольную ось детали обозначают z , начало координат совмещают с левым краем и размещают в центре тяжести сечения.

Метод сечений

Метод сечений заключается в мысленном рассечении тела плоскостью и рассмотрении равновесия любой из отсеченных ча­стей.

Если все тело находится в равновесии, то и каждая его часть находится в равновесии под действием внешних и внутренних сил. Внутренние силы определяются из уравнений равновесия, состав­ленных для рассматриваемой части тела.

Рассекаем тело поперек плоскостью (рис. 19.1). Рассматриваем правую часть. На нее действуют внешние силыF 4 ; F 5 ; F 6 и внутрен­ние силы упругости q к , распределенные по сечению. Систему распре­деленных сил можно заменить главным вектором Ro , помещенным в центр тяжести сечения, и суммарным моментом сил.

Главный момент тоже принято представлять в виде моментов пар сил в трех плоскостях проекции:

М х - момент сил относительно О х ; М у - момент сил относительно О у, M z - момент сил относительно O z .

Полученные составляющие сил упругости носят название внут­ренних силовых факторов. Каждый из внутренних силовых факто­ров вызывает определенную деформацию детали. Внутренние сило­вые факторы уравновешивают приложенные к этому элементу де­тали внешние силы. Используя шесть уравнений равновесия, можно получить величину внутренних силовых факторов:

Из приведенных уравнений следует, что:

N z - продольная сила, Oz внешних сил, действующих на отсеченную часть бруса; вызывает растяжение или сжатие;

Q x - поперечная сила, равная алгебраической сумме проекций на ось Ох

Q y - поперечная сила, равная алгебраической сумме проекций на ось Оу внешних сил, действующих на отсеченную часть;

силы Q x и Q y вызывают сдвиг сечения;

M z - крутящийся момент, равный алгебраической сумме мо­ментов внешних сил относительно продольной оси Oz-, вызывает скручивание бруса;

М х - изгибающий момент, равный алгебраической сумме мо­ментов внешних сил относительно оси Ож;

М у - изгибающий момент, равный алгебраической сумме мо­ментов внешних сил относительно оси Оу.

Моменты М х и М у вызывают изгиб бруса в соответствующей плоскости .

Напряжения

Метод сечений позволяет определить величину внутреннего си­лового фактора в сечении, но не дает возможности установить за­кон распределения внутренних сил по сечению. Для оценки прочно­сти необходимо определить величину силы, приходящуюся на любую точку поперечного сечения.

Величину интенсивности внутренних сил в точке поперечного сечения называют механическим напряжением. Напряжение харак­теризует величину внутренней силы, приходящейся на единицу пло­щади поперечного сечения.

Рассмотрим брус, к которому приложена внешняя нагрузка (рис. 19.2). С помощью метода сечений рассечем брус поперечной плоскостью, отбросим левую часть и рассмотрим равновесие остав­шейся правой части. Выделим на секущей плоскости малую площад­ку ΔА. На этой площадке действует равнодействующая внутренних сил упругости.

Направление напряженияр ср совпадает с направлением внутренней силы в этом сечении.

Вектор р ср называют полным напряжени­ем. Его принято раскладывать на два вектора (рис. 19.3): τ - лежащий в площадке сечения и σ - направленный перпендикулярно площадке.

Если вектор ρ - пространственный, то его раскладывают на три составляю­щие:

Решили вы, например, сделать себе дом. Самостоятельно, без привлечения архитекторов-конструкторов. И в какой-то момент времени, обычно почти сразу, возникает необходимость рассчитать вес этого дома. И тут начинается череда вопросов: какова величина снеговой нагрузки, какую нагрузку должно выдерживать перекрытие, какой коэффициент использовать при расчёте деревянных элементов. Но прежде, чем дать конкретные цифры, нужно понять, какова зависимость между длительностью воздействия нагрузки и её величиной.
Нагрузки в общем виде делятся на постоянные и временные. А временные в свою очередь на длительные, кратковременные и мгновенные. Наверняка у неподготовленного читателя возникнет вопрос: а какая, собственно, разница, как классифицировать нагрузку? Возьмём, к примеру, нагрузку на междуэтажное перекрытие. В СНиПе прописано нормативное значение 150 кгс на квадратный метр. При внимательном прочтении документа легко заметить, что 150 кгс/м² (полное нормативное значение) применяется при классификации нагрузки как "Кратковременная", но если мы классифицируем её как "длительная", то нагрузка на перекрытие принимается уже всего-то 30 кгс/м²! Почему так происходит? Ответ кроется в глубинах теории вероятности, но для простоты поясню на примере. Представьте вес всего, что есть у вас в комнате. Возможно, вы коллекционер чугунных люков от колодцев, но статистически, если рассматривать тысячи комнат разных людей, то в среднем люди ограничиваются полутонной всевозможных предметов на комнату в 17 м². Полтонны - это не мало для комнаты! Но поделив нагрузку на площадь получим всего-то 30 кг/м². Цифра статистически подтверждена и закреплена в СНиП. А теперь представьте себе, что вы (весом 80 кг) входите в комнату, садитесь на кресло (весом 20 кг) и к вам на колени устраивается жена (весом 50 кг). Получается, на достаточно малую площадь действует нагрузка в 150 кг. Вы, конечно можете в таком тандеме всегда перемещаться по квартире, или просто самостоятельно весить все 150 кг, но вы не можете сидеть на месте неподвижно 10 лет. А значит, что нагрузку в эти 150 кг вы создаёте каждый раз в разном месте, в то время как в другом месте этой нагрузки нет. Т.е. в длительной перспективе вы не выйдите за среднестатистические 500 кг на 17 м², или 30 кг/м², но в кратковременный промежуток вы можете создать нагрузку в 150кг/м². А если вы занимаетесь прыжками на батуте при весе в 150 кг - то это уже будет "Мгновенная" нагрузка, и её расчёт проводится на основании индивидуальных особенностей, ибо статистики для таких случаев просто нету.

Итак, с разницей между терминами немного разобрались, теперь к вопросу: а какая разница для нас, как проектировщиков? Если на доску давить небольшой массой на протяжении десятилетий - она таки прогнётся, а если надавить посильнее, а потом отпустить - доска вернёт своё исходное состояние. Вот именно этот эффект и учитывают присвоением классов нагрузки при расчёте прочности древесины.

Вся информация для статьи приведена из СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" . Поскольку я сторонник деревянного домостроения, я также буду ссылаться на частный случай классификации нагрузок по действующему на 2017 год , а так же упомяну Еврокод EN 1991.

Классификация нагрузок по СНиП 2.01.07-85

В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные и временные нагрузки.

​

Постоянные нагрузки

вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих строительных конструкций;

вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление;

гидростатическое давление;

сохраняющиеся в конструкции или основании усилия от предварительного напряжения так же следует учитывать в расчетах как усилия от постоянных нагрузок.

Временные нагрузки

Временные нагрузки разделяются ещё на три класса:

1. Длительные нагрузки

вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;

вес стационарного оборудования: станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и изоляцией, ленточных конвейеров, постоянных подъемных машин с их канатами и направляющими, а также вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование;

давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разрежение воздуха, возникающее при вентиляции шахт;

нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях;

температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;

вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях;

вес отложений производственной пыли, если ее накопление не исключено соответствующими мероприятиями;

нагрузки от людей с пониженными нормативными значениями ;

снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения на коэффициент:

• 0,3 - для III снегового района,

  0,5 - для IV района;

  0,6 - для V и VI районов;

температурные климатические воздействия с пониженными нормативными значениями;

воздействия, обусловленные деформациями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта, а также оттаиванием вечномерзлых грунтов;

воздействия, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов.

2. Кратковременные нагрузки

нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене;

вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования;

нагрузки от людей , животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями ;

нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, кранов-штабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов с полным нормативным значением);

снеговые нагрузки с полным нормативным значением;

температурные климатические воздействия с полным нормативным значением;

ветровые нагрузки;

гололедные нагрузки.

3. Особые нагрузки

сейсмические воздействия;

взрывные воздействия;

нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых.

Нормативные нагрузки, упоминаемые выше, приведены в таблице:

В актуализированной на 2011 год версии этого документа пониженные нормативные значения равномерно распределённых нагрузок определяются умножением их полных нормативных значений на коэффициент 0,35.
Такая классификация была принята довольно продолжительное время и уже успела укорениться в сознании "постсоветского инженера". Однако, постепенно, вслед за всей Европой, мы переходим к так называемым Еврокодам.

Классификация нагрузок по Еврокоду EN 1991

По еврокоду всё немного разнообразнее и сложнее. Все расчётные воздействия следует принимать согласно соответствующим разделам EN 1991:

EN 1991-1-1 Удельный вес, постоянные и временные нагрузки

EN 1991-1-3 Снеговые нагрузки

EN 1991-1-4 Ветровые воздействия

EN 1991-1-5 Температурные воздействия

EN 1991-1-6 Воздействия при производстве строительных работ

EN 1991-1-7 Особые воздействия

В соответствии с ТКП ЕN 1990 при рассмотрении воздействий применяют следующую классификацию:

постоянные воздействия G . Например, воздействия собственного веса, стационарного оборудования, внутренних перегородок, отделки и косвенные воздействия в результате усадки и/или осадки;

переменные воздействия Q . Например, прилагаемые полезные нагрузки, ветровые, снеговые и температурные нагрузки;

особые воздействия А . Например, нагрузки от взрывов и ударов.

Если с постоянным воздействием всё более-менее понятно (просто берём объём материала и умножаем его на среднюю плотность этого материала и так по каждому материалу в конструкции дома), то переменные воздействия требуют пояснения. Особые воздействия в контексте частного строительства я рассматривать не буду.
По Еврокоду величина воздействий характеризуется категориями использования строения по таблице 6.1:

Не смотря на всю приведённую информацию Еврокод подразумевает использование национальных приложений, разрабатываемых к каждому разделу Еврокода индивидуально в каждой стране, использующей этот Еврокод. Эти приложения учитывают различные климатические, геологические, исторические и прочие особенности каждой страны, позволяя, тем не менее, придерживаться единых правил и стандартов в расчёте конструкций. К Еврокоду EN1991-1-1 национальное приложение имеется и оно в части величин нагрузок целиком и полностью ссылается на СНиП 2.01.07-85, рассмотренный в первой части этой статьи.

Классификация нагрузок при проектировании деревянных конструкций по Еврокоду EN1995-1-1

На 2017 год в Беларуси действует документ на основе еврокода ТКП EN 1995-1-1-2009 "Проектирование деревянных конструкций" . Поскольку документ относится к Еврокодам, предыдущая классификация по EN 1991 полностью применима и к деревянным конструкциям, однако имеет дополнительное уточнение. Так, в расчётах на прочность и пригодность к эксплуатации следует обязательно учитывать длительность действия нагрузки и влияние влажности!

Классы длительности действия нагрузок характеризуются воздействием постоянной нагрузки, действующей в определённый период времени при эксплуатации сооружения. Для переменного воздействия определяется соответствующий класс на основе оценки взаимодействия между типовой вариацией нагрузки и временем.

Это общая классификация, рекомендованная Еврокодом но, структура Еврокодов, как я уже упоминал, подразумевает использование Национальных Приложений, разрабатываемых в каждой стране индивидуально, и, конечно, для Беларуси это приложение тоже имеется. В нём немного сокращена классификация длительности:

Данная классификация в достаточной степени коррелирует с классификацией по СНиП 2.01.07-85.

Зачем нам знать всё это?

• Влияние на прочность древесины

В контексте проектирования и расчёта деревянного дома и любого его элемента классификация нагрузок совместно с классом эксплуатации имеет важное значение и может более чем вдвое (!) изменять расчётную прочность древесины. Например, все расчётные значения прочности древесины, помимо прочих коэффициентов, умножаются на так называемый коэффициент модификации kmod:

Как видно из таблицы, в зависимости от класса длительности воздействия нагрузки и условий эксплуатации одна и та же доска I сорта способна выдержать нагрузку, к примеру на сжатие 16,8 МПа при кратковременном воздействии в отапливаемом помещении и лишь 9,1 МПа при постоянной нагрузке в пятом классе условий эксплуатации.

• Влияние на прочность композитной арматуры

При проектировании фундаментов и железобетонных балок иногда используют композитную арматуру. И если на стальную арматуру длительность действия нагрузок не оказывает существенного влияния, то с композитной всё очень по другому. Коэффициенты влияния длительности нагрузки для АКП приведены в Приложении Л к СП63,13330:

В формуле расчёта сопротивления растяжению, приведённой в табличке выше есть коэффициент yf - это коэффициент надёжности по материалу, принимаемый при расчёте по предельным состояниям второй группы равным 1, а при расчётен по первой группе - равным 1,5. Например, в балке на открытом воздухе прочность стеклопластиковой арматуры может быть 800*0,7*1/1=560 МПа, но при длительной нагрузке 800*0,7*0,3/1=168 МПа.

• Влияние на величину распределённой нагрузки

Согласно СНиП 2.01.07-85, нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий принимаются с пониженным нормативным значением, если мы относим эти нагрузки к длительным. Если мы их классифицируем как кратковременные - то принимаем полные нормативные значения нагрузок. Такие различия формируются теорией вероятностей и математически просчитаны, но в Своде правил представлены в виде уже готовых ответов и рекомендаций. Такое же влияние классификации есть и на снеговые нагрузки, но снеговые нагрузки я рассмотрю уже в другой статье.

Что нужно считать?

Мы уже разобрались немного с классификацией нагрузок и поняли, что нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки относятся ко временным нагрузкам, но при этом могут относится как к длительным, так и к кратковременным. Причём их величина может значительно отличаться в зависимости от того, к какому классу мы их причислим. Неужели в таком важном вопросе решение зависит от нашего желания? Конечно нет!
В ТКП EN 1995-1-1-2009 "Проектирование деревянных конструкций" есть следующее предписание: если сочетание нагрузки состоит из воздействий, которые принадлежат к разным классам длительности действия нагрузки, то нужно применять значение коэффициентов модификации, которое соответствует воздействию меньшей длительности, например для комбинации собственного веса и кратковременной нагрузки применяется значение коэффициента, соответствующего кратковременной нагрузке.
В СП 22.13330.2011 "Основания зданий и сооружений" указание таково: нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки, которые согласно СП 20.13330 могут относиться как к длительным, так и к кратковременным, при расчете оснований по несущей способности считают кратковременными, а при расчете по деформациям - длительными. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях считают кратковременными.

Как показывает практика, тема сбора нагрузок вызывает наибольшее количество вопросов у молодых инженеров, начинающих свою профессиональную деятельность. В данной статье хочу рассмотреть, что такое постоянные и временные нагрузки, чем длительные нагрузки отличаются от кратковременных и для чего такое разделение необходимо и т.п.

Классификация нагрузок по продолжительности действия.

В зависимости от продолжительности действия нагрузки и воздействия делятся на постоянные и временные . Временные нагрузки в свою очередь подразделяются на длительные, кратковременные и особые .

Как следует из самого названия, постоянные нагрузки действуют на всем протяжении эксплуатации. Временные нагрузки проявляются в отдельные периоды строительства или эксплуатации.

относятся: собственный вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов. В случае применения в проекте конструкций заводского изготовления (ригели, плиты, блоки и т.п.), нормативное значение их веса определяется на основании стандартов, рабочих чертежей или паспортных данных заводов — изготовителя. В прочих случаях вес конструкций и грунтов определяется по проектным данным на основании их геометрических размеров как произведение их плотности ρ на объем V с учетом их влажности в условиях возведения и эксплуатации сооружений.

Ориентировочные плотности некоторых основных материалов приведены в табл. 1. Ориентировочные веса некоторых рулонных и отделочных материалов приведены в табл. 2.

Таблица 1

Плотность основных строительных материалов

Материал	Плотность, ρ, кг/м3
Бетон: — тяжелый — ячеистый	2400 400-600
Гравий	1800
Дерево	500
Железобетон	2500
Керамзитобетон	1000-1400
Кирпичная кладка на тяжелом растворе: — из полнотелого керамического кирпича — из пустотелого керамического кирпича	1800 1300-1400
Мрамор	2600
Мусор строительный	1200
Песок речной	1500-1800
Раствор цементно — песчаный	1800-2000
Минераловатные теплоизоляционные плиты: — неподвергающиеся нагрузке — для теплоизоляции железобетонных покрытий — в системах вентилируемого фасада — для теплоизоляции наружных стен с последующим оштукатуривание	35-45 160-190 90 145-180
Штукатурка	1200

Таблица 2

Вес рулонных и отделочных материалов

Материал	Вес, кг/м2
Битумная черепица	8-10
Гипсокартонный лист толщиной 12,5 мм	10
Керамическая черепица	40-51
Ламинат толщиной 10 мм	8
Металлочерепица	5
Паркет дубовый: — толщиной 15 мм — толщиной 18 мм — толщиной 22 мм	11 13 15,5
Рулонная кровля (1 слой)	4-5
Сэндвич — панель кровельная: — толщиной 50 мм — толщиной 100 мм — толщиной 150 мм — толщиной 200 мм — толщиной 250 мм	16 23 29 33 38
Фанера: — толщиной 10 мм — толщиной 15 мм — толщиной 20 мм	7 10,5 14

Временные нагрузки подразделяются на длительные, кратковременные и особые.

относятся:

— нагрузка от людей, мебели, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с пониженными нормативными значениями;

— нагрузки от автотранспорта с пониженными нормативными значениями;

— вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;

— снеговые нагрузки с пониженными нормативными значениями;

— вес стационарного оборудования (станки, моторы, емкости, трубопроводы, жидкости и твердые тела, заполняющие оборудование);

— давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разряжение воздуха, возникающее при вентиляции шахт;

— нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стелажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах подобных помещениях;

— температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;

— вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях;

— вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения вертикальной нагрузки от одного крана в каждом пролете здания на коэффициент:

0,5 — для групп режимов работы кранов 4К-6К;

0,6 — для группы режима работы кранов 7К;

0,7 — для группы режима работы кранов 8К.

Группы режимов кранов принимаются по ГОСТ 25546.

относятся:

— вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования с полными нормативными значениями;

— нагрузки от автотранспорта с полными нормативными значениями;

— снеговые нагрузки с полными нормативными значениями;

— ветровые и гололедные нагрузки;

— нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене;

— температурные климатические воздействия с полным нормативным значением;

— нагрузки от подвижного подъемно — транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, кранов — штабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов с полным нормативным значением).

относятся:

— сейсмические воздействия;

— взрывные воздействия;

— нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

— воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых.

Просмотр: эта статья прочитана 16953 раз

Pdf Выберите язык... Русский Украинский Английский

Краткий обзор

Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык

Обзор

Основными задачами в технике являются обеспечения прочности, жесткости, устойчивости инженерных конструкций, деталей машин и приборов.

Наука, в которой изучаются принципы и методы расчетов на прочность, жесткость и устойчивость называется сопротивлением материалов .

Прочност ь - это способность конструкции в определенных пределах воспринимать действие внешних нагрузок без разрушения.

Жесткость - это способность конструкции в определенных пределах воспринимать действие внешних нагрузок без изменения геометрических размеров (не деформируясь).

Устойчивость - свойство системы самостоятельно восстанавливать первоначальное состояние после того, как ей было дано некоторое отклонение от состояния равновесия.

Каждый инженерных расчет состоит из трех этапов:

1. Идеализация объекта (выделяются наиболее существенные особенности реальной конструкции - создается расчетная схема).
2. Анализ расчетной схемы.
3. Обратный переход от расчетной схемы к реальной конструкции и формулирование выводов.

Сопротивление материалов базируется на законах теоретической механики (статика), методах математического анализа, материаловедении.

Классификация нагрузок

Различают внешние и внутренние силы и моменты. Внешние силы (нагрузки) - это активные силы и реакции связи.

По характеру действия нагрузки делятся на:

• статические - прикладывается медленно, возрастая от нуля до конечного значения, и не изменяются;
• динамические - изменяют величину или направление за короткий промежуток времени:
  • внезапны е - действуют сразу на полную силу (колесо локомотива, заезжающего на мост),
  • ударные - действуют на протяжении короткого времени (дизель-молот),

Классификация элементов конструкций

Стержень (брус) - тело, длина которого L превышает его поперечные размеры b и h. Ось стержня - линия, соединяющая центры тяжести последовательно расположенных сечений. Сечение - это плоскость перпендикулярная оси стрежня.

Пластина - тело плоской формы, у которого длина a и ширина b больше по сравнению с толщиной h.

Оболочка - тело, ограниченное двумя близко расположенными криволинейными поверхностями. Толщина оболочки мала по сравнению с другими габаритными размерами, радиусами кривизны ее поверхности.

Массивное тело (массив) - тело, у которого все размеры одного порядка.

Деформации стержня

При нагрузке тел внешними силами они могут изменять свою форму и размеры. Изменение формы и размеров тела под действием внешних сил называется деформацией .

Деформации бывают:

• упругие - исчезают после прекращения действия вызвавших их сил;
• пластичные - не исчезают после прекращения действия вызвавших их сил.

В зависимости от характера внешних нагрузок различают такие виды деформаций:

• растяжение-сжатие - состояние сопротивления, которое характеризуется удлинением или укорочением,
• сдви г - смещение двух сопредельных поверхностей относительно друг друга при неизменном расстоянии между ними,
• кручение - взаимный поворот поперечных сечений относительно друг друга,
• изгиб - состоит в искривлении оси.

Бывают более сложные деформации, которые образуются сочетанием нескольких основных.

Линейные деформаци и связаны с перемещением точек или сечений вдоль прямой линии (растяжение, сжатие).

Угловые деформации связаны с относительным поворотом одного сечения относительно другого (кручение).

Основные гипотезы и принципы

Гипотеза о сплошности материала : тело, сплошное и непрерывное до деформации, остается таким же и в процессе деформации.

Гипотеза об однородности и изотропности : в любой точке тела и в любом направлении физико-механические свойства материала считаются одинаковыми.

Гипотеза о малости деформаций : по сравнению с размерами тела деформации настолько малы, что не изменяют положения внешних сил, действующих на тело.

Гипотеза об идеальной упругости : в заданных малых пределах деформирования все тела идеально упругие, т.е. деформации полностью исчезают после прекращения нагрузок.

Гипотеза плоских сечений : сечение плоское до деформирования остается плоским и после деформации.

Закон Гука и гипотеза о малости деформаций дают возможность применять принцип суперпозиции (принцип независимости или сложения сил): деформации тела, вызванные действиями нескольких сил, равняются сумме деформаций, вызванных каждой силой.

Прицип Сен-Венан а : статически эквиваленте системы сил, действующие на малую, по сравнению с общими размерами тела, его часть, при достаточном отдалении от этой части вызывают одинаковые деформации тела.

Принцип затвердения : тело, испытывающее деформирование, затвердело и к нему можно применять уравнения статики.

Внутренние силы. Метод сечений

Внутренние силы - это силы механического взаимодействия между частичками материала, возникающие в процессе деформирования как реакции материала на внешнюю нагрузку.

Для нахождения и определения внутренних сил применяют метод сечений (РОЗУ), который сводится к следующим операциям:

• условно перерезаем тело на две части секущей плоскостью (Р -разрезаем);
• отбрасываем одну из частей (О - отбрасываем);
• заменяем влияние отброшенной части на оставленную внутренними силами (усилиями) (З - заменяем) ;
• из условий равновесия системы сил, действующих на оставшуюся часть, определяем внутренние силы (У - уравнения равновесия);

В результате сечения стержня поперечным сечением, разорванные связи между частями заменяются внутренними силами, которые можно свести к главному вектору R и главному моменту М внутренних сил. При проектировании их на координатные оси получаем:
N - продольная (осевая) сила,
Qy - поперечная (перерезывающая) сила
Qz - поперечная (перерезывающая) сила
Mx - крутящий момент
My - изгибающий момент
Mz - изгибающий момент

Если известны внешние силы, все шесть компонент внутренних сил могут быть найдены из уравнений равновесия

Напряжение

Нормальные напряжения, касательные напряжения. Полное напряжение.

Определение зависимости между внешними силами, с одной стороны, и напряжением и деформацией, с другой, - основная задача сопротивлению материалов .

Растяжение и сжатие

Растяжение или сжатие часто встречаются в элементах машин или сооружений (растяжение троса крана при подъеме груза; шатуна двигателя, штока цилиндров в подъёмно-транспортных машинах).

Растяжение или сжатие - это случай нагружения стрежня, который характеризуется его удлинением или укорочением. Растяжение или сжатие вызывается силами, действующими вдоль оси стрежня.

При растяжении стержень удлиняется, а его поперечные размеры уменьшаются. Изменение начальной длины стрежня называют абсолютным удлинением при растяжении или абсолютным укорочением при сжатии. Отношение абсолютного удлинения (укорочение) к начальной длине стрежня называется относительным удлинением .

В этом случае:

• ось стержня остается прямой линией,
• поперечные сечения стержня уменьшаются вдоль его оси параллельно самим себе (потому что поперечное сечение - это плоскость перпендикулярная оси стрежня, а ось - прямая линия);
• поперечные сечения остаются плоскими.

Все волокна стрежня удлиняются на одну и ту же величину и их относительные удлинения одинаковые.

Разность соответствующих поперечных размеров после деформации и до нее называется абсолютной поперечной деформацией .

Отношение абсолютной поперечной деформации к соответствующему начальному размеру называется относительной поперечной деформацией .

Между поперечной и продольной деформациями существует соотношение. Коэффициент Пуассона − безразмерная величина, находящаяся в пределах 0...0,5 (для стали 0,3).

В поперечных сечениях возникают нормальные напряжени я. Зависимость напряжений от деформаций устанавливает закон Гука.

В сечении стержня возникает один внутренний силовой фактор - продольная сила N . Продольная сила N является равнодействующей нормальных напряжений, которая численно равна алгебраической сумме всех внешних сил, действующих на одну из частей рассеченного стрежня и направленных вдоль его оси.

Формат: pdf

Язык: русский, украинский

Размер: 460 КВ

Представлен в полном объёме сопромат сайт.

Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи. Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.

Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.

Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается

Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается

Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы