Главная | Обратная связь

Теоретичні відомості

Робота машин і механізмів часто супроводжується ударними навантаженнями, що або обумовлені призначенням машини (ковальські установки) або є наслідком зазорів у місцях сполучення деталей. Оскільки механічні характеристики матеріалу сильно залежать від швидкості додавання навантаження, за результатами статистичних іспитів оцінити придатність матеріалу пручатися ударним навантаженням не можна. У зв'язку з цим піддають випробуванням його зразки ударним навантаженням на маятниковому копрі.

Рис.7.1

 

На мал.7.1 показані дві діаграми розтягу - при статичному навантаженні 1 і при динамічному навантаженні 2. З цих діаграм очевидно, що межа текучості і межа витривалості при ударному розтягу підвищуються. Дослідження показують, що межа текучості підвищується на 20-70%, а межа витривалості на 10-30% у порівнянні зі статичним розтягом. Пластичність із ростом швидкості деформації зменшується. Вже при порівняно невисоких швидкостях навантаження спостерігається схильність до тендітної руйнації.

Для побудови діаграм ударного розтягу , приведеної на мал. 7.1 потрібні спеціальні, дуже складні машини. У зв'язку з цим за звичай застосовують інший, більш простий спосіб оцінки властивостей матеріалів при дії ударного навантаження, так звану «ударну пробу». Для випробування застосовують стальні зразки стандарної форми. Один із таких зразків показаний на рис. 7.2

Рис.7.2

У зразку всередині роблять надріз глибиною 2 мм для того, щоб поставити матеріал у найбільше важкі умови роботи, тому що надріз робить концентрацію напружень.

Зразок піддається ударному руйнуванню на спеціальному копрі маятникового типу (рис.7.3).

Рис.7.3

 

Ніж маятника С, із силою ваги G піднятий на висоту h₁ , спускаючись, ламає зразок, ударяючи його в точці К (мал. 7.2), і за рахунок кінетичної енергії , що залишилася , піднімається на висоту h₂ < h₁

Робота виконуєма маятником, буде W = G ( h₁ – h₂). (7.1)

Вона витрачається на руйнацію зразка, за винятком невеличкої її частини ∆W, що витрачається на шкідливі опори (тертя в машині, опір повітря). Ці втрати для кожного примірника копра відомі.

За характеристику спроможності матеріалу пручатися дії ударного навантаження приймають розмір а_к: а_к= (7.2), де W₁=W-∆W – робота витрачена на руйнацію зразка; А- площа поперечного перетину зразка в місці надрізу. Величина а_к називається питомою ударною густиною матеріалу. Чим більше а_к, тим краще матеріал пручається удару, тим більше він густинний.

На кафедрі “машинознавства” Глухівського педуніверситету через відсутність аудиторного фонду копер установлений не на бетонному фундаменті, а на дерев'яному полу. Внаслідок цього немає можливості проводити іспити металевих зразків, на руйнацію яких потрібно затратити велику механічну енергію.

У зв'язку з цим випробуванню піддаються дерев'яні зразки, виготовлені з різноманітних порід деревини; виготовляються вони в такий спосіб: робляться дерев'яні рейки з тієї або іншої породи деревини поперечного перетину 18*30 мм різної довжини, потім їх розрізають на 180 мм відрізки. На грані шириною 30 мм в середині її довжини проводять перпендикулярну

 

до ребра лінію, що поділяє її довжину на дві рівні частини. Зробивши відступ від ребра 4 мм намічають на лінії точку, що приймають за центр отвору, його свердлять діаметром d=4 мм, а потім ножем вирізують частину деревини, щоб утворився надріз із виходом на ребро шириною 18 мм ( рис. 7.4 ).

 

 

Рис. 7.4

Зразок установлюють на опори копра широкою гранню таким чином, щоб удар ножа маятника відбувався по протилежній від надрізу стороні (точка К).

Відстань між опорами копра приймають для дерев’яних зразків 100±1 мм.

Ударна густина а_к залежить від температури t , при якій проводяться випробування. Для сталі Ст 3 графік залежності а_к від t показаний на мал. 7.5. При зниженні температури а_к зменшується. Існує інтервал температури t_сч , коли зменшується особливо швидко. Цей інтервал називається критичним інтервалом температури. Область температур левіше критичного інтервалу називається областю температурної тендітності. При температурі від 20 - до 30 ^о С значення а_к для цієї сталі 6^.10 ⁵ – 12^.10 ⁵ Дж/ м².

	Рис.7.5

 

 

Вміст вуглецю і деяких легуючих елементів у сталі, %	Дж/м2 не менше
відпал	гартування
Вуглецеві сталі : С=0,15÷0,20	2,2·10 5	2·10 5
СС=0,30÷0,40	1,6·10 5	1,2·10 5
СС=0,50÷0,60	1,0·10 5	0,5·10 5
СС=0,60÷0,70	0,8·10 5	0,3·10 5
Нікелева сталь: С=0,2; Nі=3,0	2·10 5	1,8·10 5
Хромонікелева: С=0,2;Nі=3,0; См=0,6	0,7·10 5	2·10 5

 

У таблиці 1 приведені значення питомої ударної густини для деяких сталей при нормальних температурах.

 

 

Таблиця 7.1

 

Таблиця 7.2

Ударна питома густина для деревини при її вологоутриманні 15%

 

Найменування деревини	Дж/м2	Найменування деревини	Дж/м2
Єль звичайна	(1,76-1,86)*104	Клен	3,63*104
Сосна звичайна	(1,76-2,25)*104	Бук кавказський	3,82*104
Тополь	1,86*104	Береза звичайна	(4,02-5,29)*104
Ольха	2,45*104	Ясень	(2,94-4,21)*104
Липа	2,74*104	Дуб	4,51*104
--	--	Акація	9,02*104