Если какой-либо элемент конструкции растягивать (или сжимать) силой Ркг(в системе СИ-ньютонов), в нем возникнут внутренние напряжения, которые легко найти по формуле: 
При инженерных расчетах приходится определять сечение конструктивного элемента по заданной или вычисленной нагрузке. Размеры сечения установить легко, если известно допускаемое напряжение выбранного ддя конструкции материала или если известен коэффициент запаса прочности. Обычно допускаемые напряжения для статической (I) и динамической (II) нагрузок различны (табл. 1). Надо иметь в виду, что большинство применяемых в технике материалов (за исключением чугуна и бетона) сжатию сопротивляются гораздо хуже, нежели растяжению. Пример. Юные техники пионерского лагеря взялись изготовить для колхозной фермы подъемный кран-укосину грузоподъемностью в одну тонну для разгрузки автомашин (рис. 17). Просчитать на прочность составляющие кран стержни. Пользуясь правилом разложения сил, определяем, что наклонный стержень 1 будет растянут силой 2000 кг, а горизонтальный стержень 2 — сжат силой 1740 кг. Стержень изготовлен был из стали СтЗ; ее допускаемое напряжение при динамической нагрузке 300 кг/см2. Исходя из этого, найдем поперечное сечение стержня : 
а дальше вести расчет, как обычно. Но на конечный результат это не повлияло бы). Напряжение растяжения в технике иногда называют разрывным напряжением, но это не совсем верно. Разрывное напряжение — это уже предел прочности материала, напряжение разрушения. Его можно считать разновидностью напряжения растяжения, предельным случаем растяжения. Заклепки, болты, оси шарниров, шпонки и многие другие детали работают в условиях, при которых действующие на них силы стремятся перерезать их, сдвинуть одну часть детали относительно другой. Познакомимся с примером расчета на прочность при сдвиге. Пример. В пионерском лагере решили построить качели с платформой в виде четырехместной лодки (рис. 18). Тре- Перерезывание (сдвиг) 
бует<ся рассчитать диаметр оси шарнира, на котором лодка подвешена к перекладине (см. узел «А»). Материал оси — сталь СтЗ. Лодка рассчитана на 4 человека, но может случиться так, что в лодку набьются сколько влезет. Будем считать, что влезет втрое больше, то есть 12 человек, и все взрослые. Средний вес взрослого человека принимаем равным 80 кг, вес лодки — 100 кг. Полная нагрузка на оба шарнира составит: 12X80+100=1060 кг (10,6 кН в системе СИ), а нагрузка на один шарнир 530 кг (5,3 кН в системе СИ). с)та сила стремится перерезать ось шарнира по двум плоскостям (аа и бб). Допускаемое напряжение на срез обычно принимаем равным 0,8 от допускаемого напряжения на разрыв. Учитывая, что нагрузка в данном случае динамическая, допускаемое напряжение на разрыв принимаем равным 300» кг/см2. Следовательно, допускаемое напряжение на срез составит: 0,8×300=240 кг/см2 (или 23,5 МПа). Суммарная (общая) площадь сечения по двум плоскостям должна составить: 
Площадь сечения по одной плоскости, то есть площадь сечения оси шарнира: 
Такой диаметр оси шарнира обеспечивает ему необходимую прочность, но, учитывая, что качели строят на открытом воздухе, металл подвергается действию атмосферных осадков и ржавеет, а кроме того, ось нередко будут забывать смазывать, и она постепенно будет истираться, принимаем с запасом: 
Этот диаметр оси обеспечит ее прочность на перерезывание (сдвиг). Передача нагрузки на ось шарнира происходит путем нажатия на него стенок отверстия проушины шарнира, поэтому необходимо произвести проверку шарнира еще и на смятие. Поверхность отверстия проушины, работающей на смятие, принимаем равной произведению диаметра оси на толщину проушины. Примем толщину проушины равной диаметру оси, тогда «сминаемая» поверхность 
Допускаемое напряжение смятия обычно принимают в два раза больше допускаемого напряжения на разрыв, что в нашем случае составит: 
и значительно меньше допускаемого, то опасности разрушения шарнира от смятия поверхности оси и стенок проушины нет. Деревянные детали в строительстве часто соединяют при помощи врубок. Они также подвер
гаются деформации сдвига. Дерево — материал неоднородный, одним и тем же деформациям оно оказывает различное сопротивление в зависимости от того, как направлены действующие силы по отношению к волокнам. Сопротивление скалыванию вдоль волокон значительно больше сопротивления скалыванию поперек волокон. Это необходимо учитывать при соединении деталей врубкой, располагая их так, чтобы силы были направлены (рис. 19) вдоль волокон.
Archives for июля, 2008
Силой трения называется сила, препятствующая движению одного тела по поверхности другого. В зависимости от того, как взаимодействуют трущиеся тела, различают несколько видов трения: скольжения, качения, покоя. Трение скольжения возникает в том случае, когда тело скользит по поверхности другого тела. На любой поверхности есть неровности и гребешки, которые оказывают сопротивление скольжению. Если даже поверхности отшлифовать до зеркального блеска, то микронеровности на них останутся, а при особенно качественной шлифовке сопротивление скольжению будут оказывать уже и силы молекулярного сцепления двух тел. При скольжении деталей друг по другу неровности и гребешки их поверхностей постепенно стираются, детали прирабатываются. Казалось бы, для трущихся поверхностей это положительный фактор: ведь сила трения уменьшается. Но не следует забывать, что поверхности при этом изнашиваются, а в машинах и механизмах такой износ допустим в очень небольших пределах, так как он нарушает точность и надежность их работы. Изношенные детали приходится исправлять или заменять, а это и трудно и накладно. Для уменьшения трения и износа деталей применяют ряд мер: смазывают трущиеся поверхности, обрабатывают их с высокой степенью чистоты, трущиеся детали изготавливают из различных материалов, заменяют трение скольжения трением качения. Для смазки трущихся поверхностей в технике применяются различные масла. Кроме них, используются и другие вещества, в том числе и вода (например, для смазки текстолитовых подшипников, в которых вращаются валки прокатных станов). Для смазки металлических поверхностей вода непригодна, так как вызывает их ржавление. Выбор смазки зависит от материала трущихся поверхностей и условий, в которых работают детали (температура, скорость движения и другие). Масло прилипает к скользящей поверхности и образует на ней тончайшую пленку, которая отделяет одну твердую скользящую поверхность от другой. При этом трение твердых тел заменяется внутренним трением в самом слое масла. Такое трение называется жидкостным. Жидкостная смазка резко уменьшает изнашиваемость скользящих поверхностей и, следовательно, резко увеличивает срок службы деталей, а также во много раз уменьшает расход энергии, так как коэффициент жидкостного трения составляет всего 0,001-7-0,006 (в то время как коэффициент трения стали по стали /тр=0,17). Тщательная обработка трущихся поверхностей уменьшает высоту гребешков и увеличивает площадь соприкасающихся поверхностей, а значит, снижает удельное давление. Это уменьшает износ. Тщательная обработка детали, соблюдение всех размеров и допусков требуют, конечно, добавочного времени и большого терпения. Его, к сожалению, не всегда хватает юным техникам. Встречается еще немало ребят, которые тщательно изготавливают только детали, находящиеся на виду, а остальные делают кое-как. Но эти дефекты, скрытые внутри моделей, как раз и подводят юных техников на выставках и соревнованиях: отличная по внешнему виду модель или не заводится совсем, или еле-еле тянет, или быстро выходит из строя. Юным техникам необходимо запомнить, что любое исправление недоброкачественной детали, а тем более ее переделка, не только не доставляет удовольствия, но и занимает намного больше времени, чем тщательное изготовление детали с самого начала. Трущиеся детали следует изготавливать из различных материалов, так как при этом уменьшается коэффициент трения. Еще больше он снижается, когда подшипники изготовляются из антифрикционных сплавов. Различные материалы имеют различную твердость, а следовательно, по разному и изнашиваются. Нужно учитывать и это. Поэтому-то сложные валы делают из стали, а значительно более простые по конструкции подшипники скольжения, в которых валы вращаются, изготавливают из менее твердых материалов. От трения срабатывается не вал, а подшипник, который изготовить и заменить значительно легче и дешевле, чем вал. Трение — весьма тонкий и непростой для понимания процесс. Вот скажите-ка, могут ли три школьника переместить по двум стальным полосам груз весом 20—25 тонн? Отрицательный ответ на этот вопрос кажется совершенно очевидным. Тем не менее ответ на него будет положительным: да, могут! Именно о таком случае рассказывает известный советский педагог Макаренко в своей «Педагогический поэме». Поводом для такого приложения ребячьих сил послужило отсутствие паровоза для подачи под разгрузку железнодорожного состава, в котором детская трудовая колония имени Горького приеха
ла на новое местожительство. И вот, чтобы не ночевать в вагонах, колонисты, по трое на вагон, перекатили целый железнодорожный состав, 45 товарных вагонов (общим весом около 1000 тонн), на расстояние около километра. Но отрицательный ответ на вопрос станет действительно очевидным, если бы этот же груз ребята попытались перетащить волоком. Каждый человек по собственному опыту знает, что катить груз намного легче, чем волочить его, и для всех совершенно очевидна целесообразность и прямая выгода замены трения скольжения трением качения. Поэтому почти весь наземный транспорт катится на колесах. И только там, где нельзя применить колеса, пока еще применяются скользящие опоры с большой площадью — лыжи для пешеходов, аэросаней и самолетов. Трение скольжения возникает и во втулке колеса, трущейся вокруг оси. Так вот, если заменить скольжение колеса вокруг оси качением, то сила трения существенно снизится. Этот вывод и привел к созданию подшипников качения — шариковых и роликовых. Их появление позволило при тех же мощностях значительно увеличить скорости и коэффициент полезного действия машин. В настоящее время подшипники качения в огромных количествах применяются во всех отраслях техники: на станках, приборах, разнообразных машинах-двигателях и машинах-орудиях. Все шире применяют подшипники качения для своих моделей и юные техники. Коэффициент трения подшипников качения очень мал: /хр=0,0054-0,008.
Огневая резка металлов производится с использованием теплоты электрической дуги или газового пламени. Газовая резка основана на сгорании металла в струе кислорода и возможна только для тех металлов, у которых температура воспламенения ниже температуры плавления, ими являются: железо, углеродистая сталь с содержанием углерода до 0,7%, некоторые сорта легированной стали. Чугун, алюминий, а также медь и ее сплавы непосредственно в струе кислорода не режутся, так как образуют тугоплавкие окислы. Для резки этих металлов и сплавов применяют порошкообразные флюсы, состоящие в основном из железа. Сгорая в струе кислорода, флюс повышает температуру в зоне реза, окислы расплавляются и выдуваются струей кислорода. Для резки применяются специальные горелки-резаки. Электродуговая резка применима как для стали, так и для чугуна и цветных металлов. При ней заготовка разделяется на части расплавлением в зоне реза. Для стока расплавленного металла деталь наклоняют. Резать можно графитовым или угольным электродом с толстой обмазкой. Электродуговая резка не дает гладкой поверхности реза и поэтому применяется в основном для разделки металлолома и отливок из высоколегированной стали, не поддающихся газовой резке.
что ни в какой другой передаче недостижимо (при одной паре колес). Таким образом, одна червячная передача может заменить 2—3 и даже более последовательно включенных зубчатых 
или иных передач. Кроме того, червячная передача работает бесшумно, что также очень ценно. Червячная передача, как правило, является самотормозящейся, то есть передача вращения в ней производится только от червяка к колесу. Это позволяет использовать ее в грузоподъемных машинах — лебедках, подъемных кранах, тельферах — без применения тормозных устройств. 
В зависимости от скорости вращения червячные передачи разделяются на тихоходные и быстроходные. Быстроходные применяются главным образом для уменьшения большого числа оборотов мотора в грузоподъемных и транспортных устройствах. Быстроходные передачи должны выполняться очень тщательно и из высококачественных материалов. Ременные передачи — это передачи гибкие. Они соединяют два колеса (шкива), расположенные на расстоянии друг от друга. Передача вращения происходит за счет трения между ремнем и шкивами. Достоинством передачи является возможность соединения шкивов, расположенных не только на значительных расстояниях друг от друга, но и под различными углами. Недостатком передачи является проскальзывание ремня, что не обеспечивает постоянства передаточного отношения. Если расстояние между шкивами невелико, то для уменьшения проскальзывания ремня его ведущую ветвь (ту, которая идет от двигателя) нужно прижать при помощи натяжного ролика (леникса). Он ставится также при большой разнице диаметров шкивов (большом передаточном числе) и увеличивает угол охвата ремнем меньшего шкива. Основные виды плоскоременных передач приведены на рис. 67. Клиноременная передача (рис. 76) схожа с фрикционной передачей, с той лишь разницей, что колеса расположены на расстоянии друг от друга. В отличие от плоскоременной передачи, клиноременная может соединять только валы, расположенные в одной плоскости. Передача широко применяется на станках. Цепная передача (рис. 71) состоит из двух зубчатых колес (звездочек), соединенных между собой цепью. 
Достоинствами передачи являются постоянное передаточное отношение и компактность, а ее недостатками — постоянное растяжение цепи и шум. Цепную передачу широко применяют и юные техники на велосипедах, мотороллерах, картах.
