Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса по использованию повышения несущей способности деталей машин дозированным деформированием 10
1.1. Анализ исследований влияния наклёпа на механические свойства материала деталей 14
1.2. Циклическая прочность упрочнённого материала деталей 19
1.3. Остаточные напряжения после пластической деформации материала деталей и их влияние на несущую способность деталей машин с концентраторами напряжений 22
1.4. Оценка влияния деформационного упрочнения на прочность и износостойкость деталей машин и механизмов 25
1.5. Основные выводы и формулировка задач исследования 30
2. Исследование механических характеристик конструкционных сталей, подвергнутых объёмному деформационному упрочнению 34
2.1. Влияние степени деформации аустенитных сталей на их механические свойства 34
2.2. Определение зависимостей для расчёта предела выносливости аустенитных сталей, подвергнутых деформационному упрочнению 48
2.3. Способ определения предела выносливости сталей аустенитного класса, подвергнутых деформационному упрочнению по их магнитным свойствам .. 52
2.4. Исследование статической, динамической прочности и износостойкости качественной конструкционной стали, подвергнутой деформационному упрочнению 59
3. Оценка несущей способности и долговечности деталей с концентраторами напряжений, подвергнутых дозированному нагружению 73
3.1. Теоретическое определение остаточных напряжений в пластине с круговым концентратором напряжений после дозированного растяжения 79
3.2. Долговечность деталей с концентраторами напряжений, подвергнутых дозированному нагружению 82
3.3. Механизм возникновения остаточных напряжений в деталях с концентраторами при дозированном предварительном нагружении 85
3.4. Экспериментальное исследование процесса формирования остаточных напряжений при дозированном нагружении в деталях с концентраторами... 95
3.5. Экспериментальное исследование влияния предварительного нагружения на прочность и долговечность деталей с концентраторами при циклически меняющихся напряжениях 99
4. Проектирование упрочнённых деталей с учётом предварительного дозированного нагружения 111
4.1. Несущая способность, надёжность и долгов чность деталей с перфорационными отверстиями, прошедших дозированное деформирование 115
4.2. Уточнение методики расчёта на прочность деталей с повышенной несущей способностью, прошедших дозированное деформирование 123
4.3. Проектирование деталей с концентраторами напряжений с учётом влияния предварительного нагружения на их несущую способность и эксплуатационные свойства 128
4.4. Проектирование деталей машин и механизмов с заданием упрочнения предварительным дозированным нагружением 130
Выводы и рекомендации по материалам исследования 132
Список использованных источников 134
Приложения 141
- Остаточные напряжения после пластической деформации материала деталей и их влияние на несущую способность деталей машин с концентраторами напряжений
- Способ определения предела выносливости сталей аустенитного класса, подвергнутых деформационному упрочнению по их магнитным свойствам
- Механизм возникновения остаточных напряжений в деталях с концентраторами при дозированном предварительном нагружении
- Уточнение методики расчёта на прочность деталей с повышенной несущей способностью, прошедших дозированное деформирование
Введение к работе
В современном машиностроении большое количество деталей и узлов из конструкционных материалов изготавливается с применением разнообразных деформационных методов. Работоспособность и эксплуатационные свойства таких деталей активно меняются при предварительном деформировании материала деталей, так как данный процесс приводит к изменению физических и механических свойств материала и формированию остаточных напряжений в них.
При разработке различных машин и механизмов для деталей используют различные методы их упрочнения, закладываемые в технических требованиях. Применение деталей машин и механизмов, упрочнённых деформационными методами, диктуется необходимостью экономии материалов и энергоресурсов. В машиностроении применяются самые различные классы деталей, в конструкции которых закладывается деформационное упрочнение для повышенияих несущей способности и эксплуатационных свойств [5,6, 38, 84]. Существование большого количества таких деталей объясняется также разнообразием методов изготовления, содержащих процессы деформирования, их прогрессивностью по производительности и экономической эффективности [8, 10, 79].
Вопрос применения деформационного упрочнения и учёт возможного изменения свойств материала после дозированного деформирования актуален ещё на этапе проектирования деталей. Это особенно актуально в свете того, что качественные характеристики массовых видов отечественной техники, в первую очередь по показателям надёжности, значительно уступают зарубежным аналогам [64]. Так, ресурс отечественных автотранспортных средств на 200-400 тыс. км ниже, чем зарубежных. Аналогичное положение с показателем «наработки на отказ» нашей сельскохозяйственной техники [24]. Ресурс машины определяется долговечностью её составляющих деталей.. Многие детали (валы, шестерни, оболочки, корпусные детали) подвержены циклическим нагрузкам и разрушению от усталости, а также износу. Недостаточная надёжность выпускаемой техники по данным на 1990 год влечёт огромные расходы на её ремонт (более 49 млрд. руб. в год), не учитывая отвлечения на эти цели трудовых ресурсов и организации
производства запасных- частей [64]. По данным указанного автора, причиной низкой надёжности техники являются в основном просчёты, допускаемые на этапе её проектирования при не учёте конструкторами некоторых факторов, значительно влияющих на работоспособность, разрабатываемых деталей.
Таким образом, повышение несущей способности и эксплуатационных свойств деталей дозированным деформированием и учёт этого повышения на этапе проектирования является актуальной задачей, способствующей экономии энергии и материалов при изготовлении и доводке конструкций.
Для деталей из пластичных сталей (малоуглеродистая, качественная конструкционная сталь, аустенитная сталь) деформирование может закладываться из условий изготовления или из требований к конструкции деталей для задания им требуемых эксплуатационных свойств. Конструкция деталей обуславливает индивидуальные особенности применения предварительного дозированного деформирования (нагружения), которые необходимо учитывать при конструировании деталей. Например, в деталях машин и механизмов (валы, шестерни, сита, роторы сепараторов и центрифуг), работающих при статических, ударных нагрузках и износе необходимо учитывать изменение пределов прочности, текучести, твёрдости, ударной вязкости и износостойкости. При проектировании и расчётах многих деталей машин и механизмов (различные энергетические машины, автоклавы вулканизационные, роторы центрифуг, аппараты, работающие при чередовании давления или вакуума. и т. д.), необходимо учитывать изменение циклической прочности ((Xi).
Актуально также учитывать изменение циклической прочности деталей с концентраторами напряжений после дозированного деформирования, поэтому целью настоящей работы является улучшение массогабаритных характеристик стальных деталей машин, подвергаемых дозированной деформации за счёт уточнения их расчётов на прочность и усталость.
Для реализации цели в работе был выполнен ряд исследований, определяющих её новизну и практическую ценность. В работе установлены зависимости, связывающие пределы выносливости сталей аустенитного класса и степени деформации для расчёта на прочность при циклически меняющихся
напряжениях, объяснён механизм этого упрочнения. Установлены зависимости между циклической прочностью упрочнённых сталей этого класса и их магнитными свойствами, разработан способ определения пределов выносливости этих сталей измерением их магнитных свойств. Предлагаются конструкции деталей с концентраторами напряжений с увеличенной несущей способностью, в технических требованиях к которым задаётся дозированное нагружение. При помощи разработанных математических зависимостей, предлагается учитывать значения механических и физических характеристик качественных конструкционных сталей, подвергнутых дозированному деформированию.
Таким образом, дополнительным резервом экономии сырьевых и энергетических ресурсов является, использование и учёт повышения несущей способности стальных деталей, подвергнутых дозированному деформированию по следующим положениям, вынесенным на защиту: 1) результаты теоретических и экспериментальных исследований по повышению циклической прочности и эксплуатационных свойств деталей из сталей аустенитного класса дозированным деформированием; 2) способ определения пределов выносливости (<т_;) сталей аустенитного класса после деформационного упрочнения измерением их магнитных свойств; 3) результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния дозированного нагружения деталей с концентраторами на их долговечность на примере плоской детали с круговым концентратором; 4) зависимости для расчёта механических характеристик качественных конструкционных сталей в деталях машин после деформационного упрочнения.
Умение оценивать данный процесс даст большую свободу при разработке новых машин и позволит проектировать более удачные конструкции, с точки зрения их несущей способности, долговечности, надёжности, а также экономической целесообразности. Указанные факторы очень актуальны и, безусловно, важны для экономики большинства промышленных предприятий России.
Остаточные напряжения после пластической деформации материала деталей и их влияние на несущую способность деталей машин с концентраторами напряжений
Как правило, в деталях, при изготовлении которых возникают остаточные напряжения, предусмотрены операции снятия остаточных напряжений [1, 5, 32, 51]. Как указывалось, определённым образом ориентированные напряжения могут повышать несущую способность деталей, поэтому данный вопрос требует детального рассмотрения.
При определённом предварительном нагружении материал детали испытывает объёмное холодное пластическое деформирование, которое происходит при отсутствии рекристаллизации при температурах, меньших начала возврата, что и ведёт к возникновению значительных остаточных напряжений в стали [12, 79]. Исследования, проведённые в работе, основываются на работах приведённых ниже исследователей. Решением задачи неоднородности напряжённого состояния занимались Ф. Ринагль, И.Н. Миролюбов и И.А. Одинг [48]. Вопрос не равномерной упруго-пластической деформации рассматривался 4 И.А. Биргером, М.И. Лысовым, Ю.П. Катаевым [4, 5].
Возможно снижение остаточных напряжений в конструкциях и формирование их таким образом, чтобы они способствовали повышению несущей способности этих конструкций. Уточнение методик расчёта деталей с учётом данных процессов основывается на работах Т. Генки, А.А. Ильюшина, И.А. Биргера, С.Д. Пономарёва, Н.Н. Малинина, О.Н. Окерблома, А. Надай, М.И. Лысова, А.Г. Костюка, В.М. Сагалевича, В.А. Винокурова, Г.И. Махониной, И.П. Байковой, А.Я. Недосека, В.А. Бубнова [8, 10, 32, 46].
Известно повышение несущей способности и долговечности деталей с концентраторами напряжений за счёт остаточных напряжений сжатия, создаваемых при поверхностном пластическом деформировании в деталях с накатанной поверхностью, обработанных дробью, бойком и другими методами [38, 71]. Поэтому представляет отдельный интерес управление полем остаточных напряжений в деталях с концентраторами напряжений дозированным деформированием с целью увеличения несущей способности и долговечности таких деталей.
Остаточные напряжения в деталях после поверхностного наклёпа повышают их циклическую прочность (таблица 1.1), а процесс разрушения металла протекает с поглощением энергии. Таким образом, при нагружении металла в пределах упругой деформации, линия нагружения не совпадает с линией разгружения (упругий гистерезис) [4, 6, 48]. Это указывает на то, что работа деформации, затрачиваемая при нагружении образца, больше работы деформации, возвращающейся при его разгружении. Разность этих работ является поглощённой материалом энергией, часть которой идёт на разрушение материала и сказывается на остаточном ресурсе детали. Остаточные напряжения, имеющиеся в детали, складываются с напряжениями, возникающими при её эксплуатации. Они изменяют картину распределения напряжений в детали, что может изменить величину работы, требуемую для разрушения материала детали.
Причинами возникновения внутренних напряжений можно назвать следующие: 1) неодинаковое направление плоскостей скольжения в зёрнах; 2) неравномерное распределение деформаций в объёме заготовки; 3) форма деталей образует концентраторы и др. [12, 79]. Разность условий деформации приводит к тому, что зёрна металла получают разную по величине упругую деформацию. Неодновременное достижение напряжений в материале, соответствующих условию пластичности, приводит к разной по величине остаточной деформации. В результате после снятия внешних усилий в холоднодеформированном металле возникают остаточные напряжения. Как указывалось, причиной неравномерности деформации может являться форма деформируемой детали (концентрация напряжений) [79].
Степень наклепа и глубина наклепанного слоя предопределяют степень повышения прочности детали [37, 38, 39]. Остаточные напряжения являются сложными; не только осевые, но и тангенциальные напряжения достигают весьма высоких значений, а это обстоятельство, увеличивая сопротивление сдвигу, может предопределить повышение и предела выносливости. По данным исследователей [37, 48, 85] предел выносливости образцов с накатанной поверхностью повышается в среднем на 10-20%. Методы поверхностного упрочнения, используемые для повышения циклической прочности деталей с концентраторами напряжений особенно эффективны в тех случаях, если градиент напряжения от концентратора близок к градиенту внутренних напряжений, возникающих при обработке [37, 38, 48]. Из анализа приведённых работ и таблицы 1.1. следует, что остаточные сжимающие напряжения, возникающие вследствие объёмного деформирования материала деталей, повышают их циклическую прочность. Указанные напряжения снижают пики местных напряжений у концентраторов в деталях с концентраторами напряжений при рабочих напряжениях растяжения. В работах [38, 39] приведены данные о том, что зарождение усталостных трещин в деталях, упрочнённых поверхностным наклёпом, происходит под упрочнённым слоем, следовательно, циклическая прочность таких деталей зависит от глубины наклёпанного слоя. Особенно повышается циклическая прочность деталей с концентраторами напряжений, подвергнутых поверхностному наклёпу. Представляет интерес влияние остаточных напряжений в материале деталей после объёмного дозированного деформирования на несущую способность и долговечность деталей с концентраторами напряжений.
Таким образом, из проведённого анализа следует, что объёмное дозированное деформирование деталей с концентраторами напряжений позволяет управлять полем остаточных напряжений, снижая пики местных напряжений у концентраторов, и тем самым влияет на несущую способность таких деталей. Следовательно, вопрос возможности учёта влияния предварительного, объёмного деформирования деталей на их несущую способность и долговечность представляет значительный интерес и требует рассмотрения для формулировки задач исследования.прочность и износостойкость деталей машин и механизмов
Учёт влияния деформационного упрочнения сталей, при проектировании деталей машин и аппаратов из них, может вестись с использованием основных расчётных формул и зависимостей, применяемых в машиностроительных расчётах. Некоторые из основных зависимостей отражены в таблице 1.З., их можно разделить по условиям работы материала в деталях или виду нагружения: 1) статические нагрузки; 2) циклически меняющиеся нагрузки; 3) износ.
Во всех зависимостях приведённой таблицы 1.3. содержатся предельные значения (of, Ув, -ь ИВ, єс\ на которые по данным многих исследователей можно влиять методами, содержащими объёмное деформирование [5, 6, 23, 38, 43, 48, 79]. Показатели прочности ( тт, && &-і, ИВ) в зависимости от степени деформации подробно рассматривались в предыдущих главах.
Относительная износостойкость более твёрдой стали, как правило, выше, о чём говорят зависимости (1.4.6 и 1.4.7) и некоторые другие зависимости [49, 6, 53]. По этому, можно предположить повышение относительной износостойкости Ес стали с повышением её твёрдости под действием объёмного деформирования.
Известны исследования по влиянию деформационного упрочнения на другие механические свойства материала, например - могут меняться, так называемые, константы упругости [7, 28, 29, 88]. Изменение констант может быть вызвано нелинейностью упругих свойств, которые проявляются при наличии остаточных напряжений в материале или при изменении геометрических характеристик, деформированного тела.
Способ определения предела выносливости сталей аустенитного класса, подвергнутых деформационному упрочнению по их магнитным свойствам
Значительную долю упрочнения стали 12Х18Н10Т могут объяснить фазовые превращения в структуре. Аустенит при наклёпе распадается на мартенситные структуры (рис. 2.8), увеличивающие объём, устранение аустенита происходит при 640-650 С [23, 90, 91]. Фазовое превращение аустенита в мартенсит деформации в нержавеющей стали типа 12Х18Н10Т сопровождается изменением превращением /-железа в «-железо (в -мартенсит деформации содержит железо (Fe) в «-фазе). Изменение фазового состава аустенитной стали изменяет её магнитные свойства, так -железо обладает ферромагнитными свойствами, в то время как у /-железа они отсутствуют.54а) установка с образцом в исходном состоянии;б) установка в момент отрыва образца от магнита;в) образцы стали 12Х18Н10Т с разной степенью деформационного упрочнения;г) кривая зависимости относительной магнитной силы Ротнот степени деформации.
Возможность определения мартенсита магнитным способом подтверждается многими исследователями [58]. Для сталей аустенитного класса характер температурной зависимости одинаков, точка Кюри ферромагнитной фазы лежит в интервале 640-650С, что указывает на наличие в исследуемой стали й-фазы, количество которой растёт с ростом степени деформации [23, 86]. Сопоставление значений магнитной проницаемости с пределом прочности и текучести показывает, что у— а превращение ответственно за некоторую долю упрочнения при деформации.
Для выявления доли образования мартенсита проводились магнитные исследования упрочнённых образцов разной степенью деформации (є0). Было введено понятие относительной магнитной силы Р0тт которая является безразмерной величиной и определялась магнитным взвешиванием по формуле:где GMoop-, Go6p - вес исследованного образца в магнитном поле и вне его.
Была определена зависимость относительной магнитной силы Ротн от степени деформации є0 (рис. 2.9).
Наличие мартенсита деформации фиксировалось на микрошлифах образцов. Для сравнения полученных результатов с результатами других исследований [86] была проведена тарировка приведённой установки. Определялась магнитная проницаемость // электромагнитным способом и строилась тарировочная кривая между силой Ротн и /и. (рис. 2.10).
Из анализа результатов этих исследований следует, что между магнитными свойствами этой стали (// и количеством a-Fe существует линейная зависимость, тогда зависимость a-Fe от є0 будет иметь вид, отражённый на рисунке 2.11 [86]. Приведённая авторами зависимость // от a-Fe, учитывая (рис. 2.10), хорошо согласуется с полученными экспериментальными результатами. Таким образом, можно заключить, что наличие в стали 12Х18Н10Т -мартенсита и наклёпа от дозированного деформирования ведёт к значительному повышению прочности материала при циклически меняющихся напряжениях.
Проведённые исследования позволяют разработать оперативные методы определения количества мартенсита деформации, и важны для возможности прогнозирования прочностных характеристик материала. Экспресс методом определения прочности при циклически меняющихся напряжениях аустенитных сталей может быть ее определение по магнитным свойствам.
Построение тарировочной кривой для определения предела выносливости г-1у„р и коэффициента упрочнения Ka.jynp магнитным взвешиванием приведено на рисунке 2.12. Для графического построения использовалась программа графического моделирования T-FLEX Parametric CAD 3D 7.0 [89]. Построение осуществлялось по построенным экспериментальным кривым зависимости
Механизм возникновения остаточных напряжений в деталях с концентраторами при дозированном предварительном нагружении
Для подтверждения гипотезы о влиянии предварительного нагружения на прочность при циклически меняющихся напряжениях деталей с концентраторами напряжений, был проведён ряд экспериментов. В качестве объекта была выбрана пластина длиной 300 мм, диаметром кругового отверстия с/=18 мм, шириной 5=50 мм, толщиной S=3 мм, на которой проводились исследования в соответствии со следующим планом:1) назначалась величина усилий, растягивающих пластину и соответствующая уровням растягивающих напряжений - это 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 от предела текучести;2) определялись величины остаточных напряжений с помощью математической модели для растягиваемой пластины с круговым концентратором, из которой изготовлялись образцы для испытаний;3) экспериментально исследовался процесс возникновения остаточных напряжений при растяжении заданной пластины с концентратором напряжений;4) изготовлялись одинаковые образцы для испытаний иа циклическую прочность из растянутых пластин и проводились эти испытания.
Круговой концентратор напряжений, выполненный в пластине, хорошо подходит для исследований, так как является распространённым концентратором напряжений. Имеется возможность исследования формирования у данного концентратора остаточных напряжений и исследования влияния указанных факторов на несущую способность деталей с круговыми концентраторами на примере приведённой пластины. Для расчёта остаточных напряжений была выбрана модель пластины с концентратором напряжений с размерами, указанными выше,на основе метода конечных элементов [63, 68, 70]. Этот метод является - один из методов решения задач механики деформируемого твёрдого тела. Метод заключается в аппроксимации сплошной среды с бесконечным числом степеней свободы простыми элементами, связанных в узловых точках сконечным числом степеней свободы [63, 70, 83]. Метод инвариантен поіотношению к геометрии конструкции и механическим характеристикам материалов, приспособлен к автоматизации этапов расчёта. Решение этим методом соответствует состоянию системы тела с минимальной потенциальной энергией. Основанием выбора метода являлась возможность достаточно точного определения напряжений в сплошном теле под действием внешних нагрузок с применением распространённых программ ЭВМ, реализующих методы численного исчисления.
Если решать методом конечных элементов в форме метода перемещений, то можно получить некоторую композицию из N, конечных элементов, соединенных в Nr точках, называемых узлами. Получаемая таким образом, система является многократно статически неопределимой. Метод позволяет учесть геометрию детали, характеристики ее материала и условия нагружения. В расчетной модели могут быть использованы постоянные, линейные элементы, использование которых уже достаточно эффективно. Исследование на модели целесообразно ограничить одним или двумя простыми вариантами нагрузок, граничных условий, свойств материалов [63, 70, 80]. Для реализации метода конечных элементов была выбрана аппроксимация данной сплошной пластины шарнирной фермой с регулярной треугольной ячейкой (рис. 3.6) [68]. При аппроксимации фермой перемещения узлов принимаются на столько малыми, что изменением геометрической формы можно пренебречь, коэффициент Пуассона принимается //«0,33 и не влияет на величину коэффициента концентрации напряжений (см. приложение 1).
В реальной конструкции учёт влияния концентрации напряжений возможен выделением некоторого элемента конструкции с концентратором напряжений изобщей конструкции. Таким образом, выполняется расчленение расчетной схемы на узлы, детали или отдельные элементы и определяются граничные условия для выделенной подобласти. То есть, на примере пластины исследуется прочность при циклических напряжениях деталей с концентраторами напряжений, так как круговой концентратор имеет место во многих деталях и позволяет судить о влиянии предварительной дозированной деформации на работоспособность деталей с концентраторами напряжений любого типа [38, 85].
Метод конечных элементов позволяет точно определить коэффициент концентрации напряжений, приблизительные значения которого определяются при помощи приближенных, расчетных методов и по имеющимся справочным материалам [63, 69]. Для облегчения расчётов методом конечных элементов возможно приближенное представление граничных условий в местах расчленения в виде обобщённых перемещений и усилий, а решение системы уравнений относительно обобщённых перемещений [63]. Поэтому, чтобы уменьшить неравномерность граничных условий для этих зон, выделение исследуемой области целесообразно таким образом, чтобы места расчленения были максимально удалены от зон геометрической и силовой концентрации.
Таким образом, возможно отдельное исследование элемента конструкции и определение закономерностей влияния концентрации напряжений для последующего учёта в конструкциях, использующих указанный элемент.
Математическая модель пластины с концентратором напряжений представляет собой систему множества уравнений, неизвестные которых -деформации и напряжения в узлах многократно статически неопределимой фермы.
Неизвестные перемещения в местах расчленения определяются из системы уравнений совместности для перемещений. Для облегчения расчётов возможно приближенное представление граничных условий в местах расчленения в виде обобщенных перемещений и усилий, а решение системы уравнений относительно обобщенных перемещений. При аппроксимации сплошной пластины фермой, напряжения и перемещения в узловых точках принимаются такими же, как в соответствующих им точкам сплошной пластины. В ферме, находящейся в
Уточнение методики расчёта на прочность деталей с повышенной несущей способностью, прошедших дозированное деформирование
При разработке роторной машины, конструктором выполняется расчёт ротора на прочность исходя из условий работы машины: режимов нагружения, веса перерабатываемого материала, материала ротора (допускаемого напряжения, удельного веса материала ротора), частоты вращения ротора, формы и геометрических размеров.
Самой распространённой формой ротора является цилиндрическая. В роторах фильтрующих центрифуг имеются перфорационные отверстия, которые могут располагаться по вершинам квадрата либо по вершинам равностороннего треугольника [52]. Взаимное расположение отверстий регламентировано ОСТ 26-01-1271-81 [50], расстояние между отверстиями имеет величину, при которой взаимное влияние эффектов концентрации незначительно и в расчётах на прочность не учитывается.
Расчёт ротора центрифуги выполняется как эквивалентных сплошных элементов, имеющих приведённые физические характеристики [50, 52]: плотность, модуль упругости, коэффициент поперечной деформации.
Ротор центрифуги (рис. 11 а) имеет следующие исходные данные: 1) внутренний радиус ротора R=3\5 мм; 2) внутренний радиус поверхности центрифугируемого продукта R-218 мм; 3) высота ротора Н=400 мм; 4) частота вращения ротора «=1900 об/мин; 5) плотность (объёмный вес) продукта рж=\,27 10"3 кгс/см3; 6) плотность материала ротора /А=7,85 10"3 кгс/см3.
Расчётная схема изображена на рисунке 4.5. На указанную деталь действуют краевая сила Qg и краевой момент Мо, действующие в узлах сопряжения обечайки с днищем. Расчёт на прочность кольцевого элемента ротора ведётся согласно третьей теории прочности (наибольших касательных напряжений), согласно которой в расчёте не учитываются меридиональные и радиальные напряжения в материале детали. Перфорированная кольцевая деталь ротора центрифуги рассчитывается на прочность как эквивалентный сплошной элемент, имеющий приведённые физические характеристики: плотность, модуль упругости, коэффициент поперечной деформации по касательным напряжениям ст допускаемое напряжение принимается наименьшее напряжение,текучести при расчётной температуре, ув - минимальное значение предела прочности при расчётной температуре, %=1 - поправочный коэффициент. Коэффициент, учитывающий температуру рабочей среды:
Для расчёта принимается наименьшее значение: [сг]=124,58 МПа.Допускаемое напряжение по ат меньше тв поэтом расчёт ведется посгг.Применённая ниже методика расчёта применима для данной конструкцииротора [52], так как = 0,08г С = — 0,2, где F0 - площадь всех отверстийперфорированного элемента (400 отверстий 05 мм), F — площадь срединной поверхности сплошного элемента). Шаг отверстий (рис. 4.5):
Коэффициент перфорации оболочки при расположении отверстий повершинам треугольников: кп=0,907 (d(/t0) =0,907(5/26,362) =0,0326 , где d() = 5 - диаметр отверстий, t0= 26,362 — шаг отверстий. Приведённая плотность материала элемента ротора: р" = рм(\-к„)=1,85 10(1-0,0322)= 7,597 10"3, коэффициент ослабления: $fc=l-(fifc/f0)=0,8104.
Толщина стенки цилиндрической перфорированной обечайки ротора [50]:м = То К & + С+С где а« = 39,44 10 "6 - / - pi1 R2 - напряжение в 2(К [о-]-ст0)цилиндрическом элементе от центральных сил инерции собственных масс (R в см). Частота:/=л/60 (об/с). Откуда: т0" = 29,ШПа
Коэффициент Лп, равный отношению объёмного веса продукта к у 2,1 10"3 приведенной плотности материала ротора: Л„ - - - = —: — = 0,1672. Коэффициент наполнения ротора: у/ = т± =—! і— = 0,512. R 31,5 Коэффициент уменьшения допускаемого напряжения: К= р0 принимается равным коэффициенту ослабления. Принимаем С + Сі=0, 4 мм - дополнительные прибавки толщины [50]. С =0,3 мм - прибавка на коррозию, составляющая 6 % от толщины. Откуда: 5" = - 672-0,512-31,5 = 0Д)056 м+0,0004 м=0,0006 м = 6 мм.
