1.Мощность
Мощность – физическая величина,равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этомупромежутку времени.
Эффективнаямощность,мощность двигателя, отдаваемая рабочей машине непосредственно или через силовуюпередачу. Различают полезную, полную и номинальную Э. м. двигателя. Полезнойназывают Э. м. двигателя за вычетом затрат мощности на приведение в действиевспомогательных агрегатов или механизмов, необходимых для его работы, ноимеющих отдельный привод (не от двигателя непосредственно). Полная Э. м. –мощность двигателя без вычета указанных затрат. Номинальная Э. м., илипросто номинальная мощность, – Э. м., гарантированная заводом-изготовителем дляопределённых условий работы. В зависимости от типа и назначения двигателяустанавливаются Э. м., регламентируемые стандартами или техническими условиями(например, наибольшая мощность судового реверсивного двигателя при определённойчастоте вращения коленчатого вала в случае заднего хода судна – так называемаямощность заднего хода, наибольшая мощность авиационного двигателя приминимальном удельном расходе топлива – так называемая крейсерская мощность ит.п.). Э. м. зависит от форсирования (интенсификации) рабочего процесса,размеров и механического кпд двигателя.
/>– средняя мощность
/>– мгновенная мощность
Так какработа является мерой изменения энергии, мощность можно определить также какскорость изменения энергии системы.
В системе СИединицей измерения мощности является ватт, равный одному джоулю, делённому на секунду.
Другойраспространённой единицей измерения мощности является лошадиная сила.
Соотношениямежду единицами мощностиЕдиницы Вт кВт МВт кгс·м/с эрг/с л. с. 1 ватт 1
10-3
10-6 0,102
107
1,36·10-3 1 киловатт
103 1
10-3 102
1010 1,36 1 мегаватт
106
103 1
102·103
1013
1,36·103 1 килограмм-сила-метр в секунду 9,81
9,81·10-3
9,81·10-6 1
9,81·107
1,33·10-2 1 эрг в секунду
10-7
10-10
10-13
1,02·10-8 1
1,36·10-10
1 лошадиная сила[2] 735,5
735,5·10-3
735,5·10-6 75
7,355·109 1
/>
Если надвижущееся тело действует сила, то эта сила совершает работу. Мощность в этомслучае равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которойдвижется тело:
/>
F – сила, v –скорость, α – угол между вектором скорости и силы.
/>Электрическая мощность – физическая величина,характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.
/>Приборы для измерениямощности
· Ваттметр
· Варметр
· Фазометр
2.Основные понятия: сопротивление материалов
Сопротивлениематериалов, наукао прочности и деформируемости элементов (деталей) сооружений и машин. Основныеобъекты изучения Сопротивление материалов – стержни и пластины, для которыхустанавливаются соответствующие методы расчёта на прочность, жёсткость иустойчивость при действии статических и динамических нагрузок. Сопротивлениематериалов базируется на законах и выводах теоретической механики, но, помимоэтого, учитывает способность материалов деформироваться под действием внешних сил.Физико-механические характеристики (предел текучести, предел прочности, модульупругости и т.п.), необходимые для оценки прочности и деформативностиматериалов, определяются при помощи испытательных машин и специальныхизмерительных приборов – тензометров. При испытаниях обеспечиваются требуемыеусловия загружения и высокая точность измерения деформаций испытываемыхобразцов материалов. Наиболее характерно испытание на растяжение образцов,представляющих собой стержни круглого сечения или полосы с сечением в видеузкого прямоугольника. По результатам этих испытаний строится т. н. диаграммарастяжения-сжатия. Располагая диаграммой испытания и пользуясь разработанными вСопротивление материалов методами расчёта, можно предсказать, как будет вестисебя реальная конструкция, изготовленная из того же материала.
Основноесодержание и методы сопротивление материалов.При деформации твёрдого тела под нагрузкойизменяется взаимное расположение его микрочастиц, вследствие чего в телевозникают внутренние напряжения. В Сопротивление материалов определяютсянаибольшие напряжения в элементах сооружений или деталях машин. Онисравниваются с нормативными величинами, т.е. с напряжениями, которые можнодопустить, не опасаясь повреждения или разрушения этих элементов (деталей).Проверке подлежат также деформации тела и перемещения его отдельных точек.Помимо необходимой прочности, конструкция должна быть также устойчивой, т.е.обладать способностью при малых случайных кратковременных воздействиях,нарушающих её равновесие, лишь незначительно отклоняться от исходногосостояния. Выполнение этого требования зависит от внешних сил, геометрииэлемента (детали) и от физических констант материала.
Длярасчёта элементов конструкций в Сопротивление материалов разрабатываютсяприближённые инженерные методы, использующие кинематические и статическиегипотезы, которые в большинстве случаев оказываются достаточно близкими кдействительности. При выводе расчётных формул для определения напряжений иперемещений производится схематизация рассчитываемого элемента сооружения, егоопорных закреплений и действующей нагрузки, иначе говоря, создаётся расчётнаясхема (модель) объекта.
Припостроении общей теории расчёта в Сопротивление материалов рассматриваются т.н.идеализированные тела со свойствами, лишь приближённо отражающими поведениереальных объектов. Тела считаются однородными (со свойствами, одинаковыми вовсех точках), сплошными (без пустот), обладающими упругостью (способностьювосстанавливать свои размеры после снятия нагрузки), изотропными (с одинаковымиупругими свойствами по всем направлениям). На основе изучения простейшихдеформаций – растяжения-сжатия, кручения, изгиба в Сопротивление материаловвыводятся формулы, позволяющие для каждого из этих видов деформаций определятьнапряжения, перемещения и деформации в отдельных точках тела. При наличииодновременно двух или нескольких простейших деформаций, протекающих в упругойстадии (для которой справедлива линейная зависимость между напряжением идеформациями), напряжения и деформации, найденные отдельно для каждого вида,суммируются.
Многиематериалы (например, бетон) обладают свойством ползучести, вследствие которойдеформации могут возрастать со временем при неизменной нагрузке. ВСопротивление материалов устанавливаются законы развития ползучести и время, втечение которого она заметно проявляется, а также рассматривается воздействиена стержень ударной нагрузки, при которой возникают динамические напряжения;последние определяются по приближённым формулам, выведенным на основе ряда допущений.При расчёте элементов сложной формы, для которых аналитические формулы вывестине удаётся, применяют экспериментальные методы (например, оптический, лаковыхпокрытий, муаровых полос и др.), позволяющие получать наглядную картинураспределения деформаций по поверхности исследуемого элемента (детали) ивычислять напряжения в его отдельных точках. Наибольшую трудность представляетопределение т. н. остаточных напряжений, которые могут возникать в элементахконструкций, не несущих нагрузки (например, при сварке или в процессе прокаткистальных профилей).
Однаиз важных задач Сопротивление материалов состоит в создании т. н. теорийпрочности, на основе которых можно проверить прочность элементов в сложномнапряжённом состоянии, исходя из прочностных характеристик, полученных опытнымпутём для простого растяжения-сжатия. Существует ряд теорий прочности; в каждомотдельном случае пользуются той из них, которая в наибольшей степени отвечаетхарактеру нагружения и разрушения материала.
Историческаясправка.История Сопротивление материалов, как и многих др. наук, неразрывно связана систорией развития техники. Зарождение науки о Сопротивление материаловотносится к 17 в.; её основоположником считается Галилей, который впервыеобосновал необходимость применения аналитических методов расчёта взаменэмпирических правил. Важным шагом в развитии Сопротивление материалов явилисьэкспериментальные исследования Р. Гука (60–70-е гг. 17 в.), установившеголинейную зависимость между силой, приложенной к растянутому стержню, и егоудлинением (закон Гука). В 18 в. большой вклад в развитие аналитических методовв Сопротивление материалов был сделан Д. Бернулли, Л. Эйлером и Ш. Кулоном,сформулировавшими важнейшие гипотезы и создавшими основы теории расчёта стержняна изгиб и кручение. Исследования Эйлера в области продольного изгиба послужилиосновой для создания теории устойчивости стержней и стержневых систем. Т. Юнгввёл (1807) понятие о модуле упругости при растяжении и предложил метод егоопределения.
Важныйэтап в развитии Сопротивление материалов связан с опубликованием (в 1826) Л. Навьепервого курса Сопротивление материалов, содержавшего систематизированноеизложение теории расчёта элементов конструкций и сооружений. Принципиальноезначение имели труды А. Сен-Венана (2-я половина 19 в.). Им впервые быливыведены точные формулы для расчёта на изгиб кривого бруса и сформулированпринцип, согласно которому распределение напряжений в сечениях, отстоящих нанекотором расстоянии от места приложения нагрузки, не связано со способом еёприложения, а зависит только от равнодействующей этой нагрузки.
Большиезаслуги в развитии Сопротивление материалов принадлежат русскому учёным М.В. Остроградскому,исследования которого в области Сопротивление материалов, строительной механики,математики и теории упругости приобрели мировую известность, и Д.И. Журавскому,впервые установившему (1855) наличие касательных напряжений в продольныхсечениях бруса и получившему формулу для их определения (эта формулаприменяется и в современной практике инженерных расчётов). Всеобщее признаниеполучили исследования Ф.С. Ясинского, разработавшего (1893) теориюпродольного изгиба в упругой стадии и за её пределами (рекомендации Ясинскогопослужили основой для разработки современных нормативных документов в СССР и зарубежом).
Вначале 20 в. расширение масштабов применения железобетонных и стальныхконструкций, появление сложных машин и механизмов обусловили быстрое развитиенауки о Сопротивление материалов были опубликованы классические учебники С.П. Тимошенкопо Сопротивление материалов и строительной механике, труды А.Н. Динника попродольному изгибу, устойчивости сжатых стержней и др.
Дальнейшемусовершенствованию методов Сопротивление материалов способствовало создание вСССР ряда научно-исследовательских учреждений для проведения исследований вобласти расчёта конструкций. Появились новые разделы С. м. Большое влияние наразвитие Сопротивление материалов оказали труды Н.М. Беляева в областипластических деформаций, А.А. Ильюшина по теории пластичности, Ю.Н. Работноваи А.Р. Ржаницына по теории ползучести. Значительным вкладом в науку оСопротивление материалов явилась созданная В.З. Власовым теория расчётатонкостенных стержней и оболочек. Важные фундаментальные исследования выполненысоветскими учёными Н.И. Безуховым, В.В. Болотиным, А.Ф. Смирновым,В.И. Феодосьевым и др.
Однаиз важнейших задач Сопротивление материалов – установление причин и характераразрушения материалов, требующее всестороннего теоретического иэкспериментального изучения процессов, происходящих в микрообъёмах тела, вчастности характера возникновения и развития трещин. Установлено существованиетаких (предельных) напряжений, превышение которых влечёт за собойпрогрессирующий рост уже появившихся трещин, приводящий в конечном счёте кразрушению тела. Если напряжения меньше указанного предела, то тело, имеющеетрещины, находится в состоянии трещиноустойчивости. В некоторых случаях поддействием нагрузки разрушения в микроэлементах распространяются на весь объёмтела (особенно при высоких температурах). Исследование этих вопросов требуетсоздания нового важного раздела механики деформируемого тела – механикиразрушения. Ещё недостаточно изучен ряд вопросов т. н. усталостной прочностиматериалов, в частности прочность элементов (деталей) машин при их длительномциклическом нагружении.
Всвязи с появлением новых конструкционных материалов (например, пластмасс,лёгких сплавов) возникла необходимость создания теорий прочности, отражающихспецифические свойства этих материалов. Современные технологические процессы(например, с применением высоких давлений) позволяют получать материалы свесьма высокой прочностью, поведение которых под нагрузкой недостаточно изученои требует целенаправленных исследований.
3.Машиностроительные материалы
Чугун ВЧ50ГОСТ 7293–85. Высокопрочный чугун, предел прочности на растяжение 50 кгс/мм2.
Высокопрочныминазывают чугуны с шаровидным графитом, который образуется в литой структуре впроцессе кристаллизации.
Шаровидныйграфит, имеющий минимальную поверхность при данном объеме, значительно меньшеослабляет металлическую основу, чем пластинчатый графит, и не является активнымконцентратором напряжений.
Для полученияшаровидного графита чугун модифицируют чаще путем обработки жидкого металламагнием (0,03–0,07%) или введением 8–10% магниевых лигатур с никелем илиферросилицием.
Под действиеммагния графит в процессе кристаллизации принимает не пластинчатую, а шаровиднуюформу. Чугуны с шаровидным графитом имеют более высокие механические свойства,не уступающие свойствам литой углеродистой стали, сохраняя при этом хорошиелитейные свойства и обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации,высокую износостойкость и т.д.
Чугун ВЧ 50,имеет d=2%и 180–260 HB. Вязкость разрушения перлитных чугунов составляет 180–250 Н´мм3/2.Температура плавления tпл»1200°С, sТ=35 кгс/мм2,теплоемкость (при 0°С) 0,129 ккал/кг´град, теплопроводность(при 20°С)43 ккал/м´ч´град, плотность 7,4 г/см3, удельноесопротивление 0,5 Ом´мм2/м.
Для повышениямеханических свойств (пластичности и вязкости) и снятия внутренних напряжений,отливки ЧШГ подвергают термической обработке (отжигу, нормализации, закалке иотпуску).
Отливки извысокопрочного чугуна широко используют в различных отраслях народногохозяйства; в автостроении и дизелестроении для коленчатых валов, крышекцилиндров и других деталей; в тяжелом машиностроении – для многих деталейпрокатных станов; в кузнечно-прессовом оборудовании (например, для шабот-молотов,траверс прессов, прокатных валков); в химической и нефтяной промышленности – длякорпусов насосов, вентилей и т.д.
Высокопрочныечугуны применяют и для изготовления деталей станков, кузнечно-прессовогооборудования, работающих в подшипниках и других узлах трения при повышенных ивысоких давлениях (до 1200 МПа).
АС40 ГОСТ1414–54 сталь автоматная, легированная свинцом, содержит 0,4% углерода, 1,0–1,5%свинца.
Обрабатываемостьрезанием является одной из важных технологических характеристик стали. Хорошаяобрабатываемость резанием повышает производительность труда и сокращает расходинструмента, что имеет особо важное значение для массового производства.
Поэтому впромышленности широко применяют автоматные стали, позволяющие проводитьобработку резанием с большой скоростью, увеличить стойкость инструмента иполучить высокое качество обрабатываемой поверхности.
Сера вавтоматной стали находится в виде сульфидов марганца MnS, т.е. вытянутых вдольпрокатки включений, которые способствуют образованию короткой и ломкой стружки.При повышенном содержании серы уменьшается трение между стружкой и инструментомиз-за смазывающего действия сульфидов марганца.
Фосфор,повышая твердость, прочность и охрупчивая сталь, способствует образованиюломкой стружки и получению высокого качества поверхности.
Свинецприсутствует в стали в виде дисперсных частиц, улучшает обрабатываемостьрезанием инструментом из быстрорежущей стали.
Автоматныестали хорошо обрабатываются, но склонны к красноломкости, т.е. к хрупкости пригорячей механической обработке. Модуль упругости Е=2´105 МПа,модуль сдвига G=8,1´104 МПа,коэффициент Пуассона m=0,25 (при температуре 20°С). Твердость по Бринелю170–200 HB, температура плавления 1400–1500°С.
Р12Ф3 ГОСТ19265–73 быстрорежущая сталь, содержит 12% вольфрама, 3% ванадия.
В отличие отдругих инструментальных сталей быстрорежущие стали обладают высокой теплостойкостью(красностойкостью), т.е. способностью сохранять мартенситную структуру исоответственно высокую твердость, прочность и износостойкость при повышенныхтемпературах, возникающих в режущей кромке при резании с большой скоростью. Этистали сохраняют мартенситную структуру при нагреве до 600–650°С, поэтому применение ихпозволяет значительно повысить скорость резания (в 2–4 раза) и стойкостьинструментов (в 10–30 раз) по сравнению со сталями, не обладающими теплостойкостью.
Основнымилегирующими элементами быстрорежущих сталей, обеспечивающими их теплостойкость,являются в первую очередь вольфрам и его химический аналог – молибден. Сильноповышает теплостойкость (до 645–650 °С) и твердость послетермической обработки (67–70 HRC) кобальт и в меньшей степени ванадий. Ванадий,образуя очень твердый карбид VC, повышает износостойкость инструмента, ноухудшает шлифуемость.
Для снижениятвердости (250–300), улучшения обработки резанием и подготовки структуры сталив закалке после ковки быстрорежущую сталь подвергают отжигу при 800–830°С. Для приданиястали теплостойкости инструменты подвергают закалке и многократному отпуску.Температура закалки стали 1220°С. Во избежание образования трещин принагреве до температуры закалки применяют подогрев инструмента при 800–850°С 10–15 минут или при1050–1100°С 3–5 минут, а крупного инструмента, кроме того, еще при 550–600°С 15–20 минут. Дляполучения более высокой твердости 63 HRC и теплостойкости 59 HRC при 620°С выдержку при нагревепод закалку увеличивают на 25%. Для уменьшения деформации инструментов применяютступенчатую закалку в расплавленных солях температурой 400–5000С. Структурабыстрорежущей стали после закалки представляет собой высоколегированныймартенсит, содержащий 0,3–0,4% С, избыточные нерастворенные карбиды и остаточныйаустенит. Обычно содержание остаточного аустенита составляет 28–34%. Остаточныйаустенит понижает режущие свойства стали, и поэтому его присутствие в готовоминструменте недопустимо.
После закалкиследует отпуск при 550–5700С, вызывающий превращение остаточногоаустенита в мартенсит и дисперсионное твердение в результате частичного распадамартенсита и выделения дисперсных карбидов. Это сопровождается увеличениемтвердости (вторичная твердость). Оптимальный режим отпуска, обеспечивающийнаибольшую твердость и высокие механические свойства: 3500С 1 час(первый отпуск) и 560–5700С по 1 часу (последующие два отпуска).Иногда для уменьшения содержания остаточного аустенита непосредственно послезакалки инструмент простой формы из быстрорежущей стали охлаждают до -800С.твердость стали после закалки составляет 62–63 HRC, а после отпуска – 63–65HRC.
Режущиесвойства и твердость инструмента, не подвергающегося переточке по всем гранямможно повысить низкотемпературным азотированием при 550–5600С.продолжительность процесса 10–30 мин. Твердость слоя 1000–1100 HV и толщина его 0,03–0,05 мм.
Сталь Р12Ф3применяется в фасонных резцах и резцовых головках на автоматах, в плашкахкруглых для нарезания твердых металлов, в развертках машинных. Сталь Р12Ф3 свысоким содержанием ванадия нашла применение в чистовых инструментах дляобработки вязкой аустенитной стали и материалов, обладающих абразивнымисвойствами. Эту сталь можно применять для резания металлов с HB 250–280.
МА18 ГОСТ14957–76 деформируемый магниевый сплав номер 18.
Магниевыесплавы обладают малой плотностью »1,76 г./см3. tпл»650°C,sВ=200 МПа, d=11,5%, 30–40 НВ. Теплоемкость 0,233 ккал/кг´град (при 0°C).
Магниевыесплавы, имеющие гексагональную решетку, при низких температурах малопластичны,так как сдвиг происходит только по плоскостям базиса. При нагреве до 200–300°Cпоявляются дополнительные плоскости скольжения, и пластичность возрастает,поэтому обработку давлением ведут при повышенных температурах. Чем меньшескорость деформации, тем выше технологическая пластичность магниевых сплавов.Прессование в зависимости от состава сплава ведут при 300–480°C,а прокатку в интервале температур от 340–440 (начало) до 225–250°C(конец). Штамповку проводят в интервале температур 480–280°Cв закрытых штампах под прессами. Вследствие текстуры деформации полуфабрикаты(листы, прутки, профили и др.) из магниевых сплавов обнаруживают сильнуюанизотропию механических свойств. Холодная прокатка требует частыхпромежуточных рекристаллизационных отжигов.
Так как навоздухе магний легко воспламеняется, то его применяют в пиротехнике ихимической промышленности. А благодаря малой плотности, высокой удельнойпрочности, хорошему поглощению вибрации сплавы магния нашли широкое применениев авиационной и ракетной технике.
Основныепринятые обозначенияОбозначения Термины Размерность
sв Предел прочности при растяжении
кгс/мм2
sт Предел текучести
кгс/мм2 HB Твердость по Бринелю
кгс/мм2 HRC Твердость по Роквеллу
кгс/мм2 HV Твердость по Виккерсу
кгс/мм2
Список использованной литературы
1. Анурьев В.И. Справочникконструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т. 1. М.: Машиностроение, 1982 – 736 с.
2. Ачеркан Н.С. Справочникметаллиста: В 3-х т. Т. 2. М.: Машиностроение, 1965 – 678 с.
3. Журавлев В.Н., Николаев О.И. Машиностроительныестали: Справочник, М.: Машиностроение, 1992 – 480 с.
4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение,М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.