Исследование работы тестоделителя "Suction Dough Divider SD-180" и определение неисправностей, нарушающих его работоспособность

3.5 Машины для испытания пружин

TLS-S-I машины для испытания пружин на растяжение и сжатие используют интегральную схему и микрокомпьютер для проверки двух параметров: деформации и нагрузки. Эти параметры отображаются в цифровой форме на индикаторе, а также их можно распечатать на встроенном принтере.

Машины серии TLS-S-I применяются при испытаниях такого рода пружин как: пружины растяжения, пружины сжатия, а также эти машины используются для измерения силы разрушения хрупких материалов. Машины для испытания пружин серии TLS-S-I предназначены для статических испытаний винтовых и цилиндрических пружин сжатия и пружин растяжения.

Принцип действия машин заключается в деформировании испытываемой пружины до заданной высоты (для пружин сжатия) или заданной длины (для пружин растяжения) с измерением в этом положении величины нагрузки. Машина выполнена в настольном варианте до нагрузки в 5000 Н (500 кг), и напольном исполнении для нагрузки в 10000 Н (1000 кг) и 20000 Н (2000 кг). Машина для испытания пружин применяется в лабораториях машиностроительных заводов, научно-исследовательских институтов, учебных заведениях, а также на заводах занятых производством и контролем пружин.

В машине предусмотрены функции фиксации пикового значения, защиты от перегрузок, обнуление в любой контрольной точке при испытании, вычисление жесткости пружины, расчет пружин, поиск данных и т.д. Автоматические машины TLS-S-II для испытания пружин на сжатие и растяжение с двойным цифровым индикатором - это новый контрольно-измерительный инструмент для испытания пружин, который использует несколько передовых технологий для улучшения точности и эффективности испытаний. Эта серия машин для испытания пружин может управляться через компьютер, будучи оснащенной вычислительной системой, которая заказывается как дополнительная часть. В машине предусмотрены функции фиксации пикового значения, защиты от перегрузок, обнуление в любой контрольной точке при испытании, вычисление жесткости пружины, расчет пружин, поиск данных и т.д.

Машины для испытания пружин серии TNS-S предназначены для испытания торсионных пружин кручения. Принцип действия машин заключается в скручивании испытываемой пружины в горизонтальной плоскости до заданного угла с измерением в этом положении величины крутящего момента. Измерение приложенной нагрузки производится датчиком крутящего момента, а для измерения угла скручивания пружины серии TNS-S применяется система измерения угла в составе высокоточного фотоэлектрического датчика угла поворота. Результаты измерения после обработки и вычисления выводится на цифровой дисплей. Машины серии TNS-S нагружаются в ручном режиме. Машина выполнена в настольном варианте.

3.6 Классификация допускаемых напряжений

Согласно нормали С1-332-52 Министерства судостроительной промышленности, пружины разбиваются в отношении расчета на 4 группы:

1 группа - пружины, подвергающиеся динамическим нагрузкам; при работе этих пружин следует учитывать возможность разрушения от усталости, причем их поломка может вызвать аварию механизма в целом. Пример: клапанные пружины двигателей, приводные пружины стартеров, пружины фрикционных муфт, электромагнитных тормозов.

2 группа - пружины, несущая способность которых по конструктивным соображениям (ограниченность габарита, необходимость уменьшения веса) должна быть повышена заневоливанием; нормаль предлагает рассчитывать их по условным (завышенным) напряжениям. По С1-332-52 к этой группе относятся пружины со статическим характером нагрузки, например, пружины уравновешивающих механизмов тяжелых крышек, регуляторов скорости.

3 группа - пружины, работающие при статических или плавно прилагаемых нагрузках, например, пружины предохранительных и редукционных клапанов механизмов, тормозов, механических приводов.

4 группа - все пружины неответственного значения, например, стопорные пружины рычагов, защелок, пружины дверные, мебельные.

Часто пружины работают при нагрузках, меняющихся во времени. В этом случае для обеспечения требуемой долговечности допускаемые напряжения, установленные для статических условий работы пружины, должны быть в соответствующей степени снижены.

3.7 Прочность пружин при напряжениях, циклически изменяющихся во времени

Во многих случаях пружины подвергаются нагрузкам, меняющимся во времени по многократно, примерно повторяющемуся циклу.

Особенно часто в таких условиях работают пружины растяжения-сжатия многократно нагружаемые силой до (клапанные пружины, пружины в амортизаторах).

Многократные изменения напряжений от максимального до минимального и обратно (при колебаниях нагрузки) вызывают разрушение от постепенно развивающейся в материале трещины. Она может возникнуть в каком-либо сечении витка со стороны его внутреннего волокна в месте случайно имевшегося дефекта (царапины, забоя, включения).

Для обеспечения прочности пружины при неограниченно большом числе циклов нагружения, необходимо, чтобы наибольшее напряжения в сечении витков пружины не превышало предела выносливости, экспериментально установленного при рассматриваемом цикле нагружения для образца пружины, конструкция которого, а также химический состав стали, термообработка и состояние поверхности витков соответствуют конструкции, химическому составу рассчитываемой пружины. Испытание образца должно проводиться в условиях, приближающихся к условиям работы пружины при эксплуатации.

Руководствуясь графиками экспериментальных данных, полученных на соответствующих образцах пружин (графики удобно строить в координатах , ), необходимо, чтоб точка, характеризующая режим работы рассматриваемой пружины, располагалась в области, ограниченной линией ABCD и примерно ложилась на кривую.

Рис. 19 Диаграмма прочности пружин при переменных напряжения

Координаты точки, характеризующие на диаграмме цикл нагружения пружины растяжения-сжатия,

= и =

Где и - многократно повторяющиеся максимальные и минимальные напряжения в поперечных сечениях витков пружины. При их вычислении необходимо учитывать кривизну витка и дополнительные напряжения, связанные с поперечной силой.

При полноценном и однородном материале с достоверно известной усталостной прочностью, представленной диаграммой, и при возможно полном и точном учете всех условий работы пружины, запас прочности n можно принять равным 1.3 - 1.4.

В большинстве случаев полные усталостные диаграммы пружин отсутствуют, и расчет приходится вести приближенно, исходя из предела выносливости пружины при пульсирующей (от 0 до) нагрузке (), предела выносливости для знакопеременного симметричного цикла () и предела текучести проволоки ().

Механические характеристики , и используются для расчета пружин сжатия-растяжения. Для расчета пружин кручения используются величины , и .

Упрощенная диаграмма ADKC, на которой кривая ABC на участке ADВ заменяется прямой ADK, определяемой величинами и представлена на диаграмме ниже.

Рис. 20 Упрощенная диаграмма прочности пружин при переменных напряжениях.

Пульсирующий цикл характеризуется лучем при в = , так как =1.

Практические циклы работы пружин растяжения-сжатия обычно лежат в пределах изменения угла в от 0 до .

Для циклов, определяемых лучами в > г

Для циклов, определяемых лучами в < г , решающим фактором, определяющим работоспособность, является текучесть материала, и условие прочности имеет вид:

Оно совпадает с условием прочности при расчетах на статические нагрузки.

Отсутствие подробных экспериментальных данных относительно усталостной прочности пружин, точно соответствующих рассчитываемой конструкции, заставляет обращаться к таблицам осредненных усталостных характеристик:

Таблица

В этом случае расчет вести следует с несколько повышенным запасом прочности n = 1.8-2.2 в зависимости от степени соответствия пружины.

Если вследствие неполноты опытных данных значение предела выносливости для используемой пружинной проволоки неизвестно, то для расчета (при условии что 0 ? в ? 4) можно воспользоваться приближенной (с погрешность в сторону запаса). В этом случае диаграмма для циклов 0 ? в ? 4заменяется прямой CD вместо ломаной CKD.

Рис 21 Упрощенная диаграмма прочности при переменных напряжениях.

Расчет становится еще более приближенным, если неизвестен предел выносливости при пульсирующем цикле . Тогда приходится использовать значение и (при 0 ? в ? 9)

В этом случае диаграмма схематизируется еще больше и представляется прямой АС.

Пружины кручения, витки которых работают в основном на изгиб, можно рассчитывать на выносливость по диаграмме рис. 20 и по формулам, имеющим тот же вид и смысл, что и вышеприведенные формулы для пружин растяжения-сжатия, но только все характеристики прочности, связанные с кручением (, , должны быть заменены аналогичными величинами (, ,) при изгибе.

Например, для циклов, определяемых углом в > г,

Условие прочности имеет вид:

,(;),

Значения характеризующие цикл, являются многократно повторяющимися максимальными и минимальными напряжениями в поперечных сечениях витков пружины и должны быть вычислены с учетом кривизны витков.

Для витых пружин растяжения-сжатия со значительным углом подъема витков (б > ) расчет на усталостную прочность можно несколько уточнить, приняв во внимание изгиб витков. В этом случае можно воспользоваться формулой усталостной прочности при совместном действии изгиба и кручения:

Значения величин, входящих в эту формулу, указаны выше.

Последняя зависимость может быть использована также при расчете на усталость витых пружин специального контура, витки которых подвергаются совместному действию кручения и изгиба. В этом случае переменные части напряжений цикла и должны быть дополнительно умножены на эффективные коэффициенты концентрации напряжений в угловых точках контура.

При расчете на выносливость заневоленных пружин следует учитывать остаточные напряжения, возникшие в связи с пластическим обжатием, причем на характер их распределения существенно влияет кривизна витков. При заневоливании предел выносливости в связи с упрочнением несколько возрастает.

4. Расчетный раздел

1. Клапанная пружина изготовлена из среднеуглеродистой = 6000 кг/с; = 4500 кг/с.

Исходные данные:

Размеры пружины: D = 103 мм; d = 13 мм; I = 20. Предварительная затяжка пружины = 250 мм. Наибольший ход клапана при работе - x = 30 мм.

Произвести проверочный расчет этой пружины:

1. Определяем напряжения в поперечных сечениях витков пружины

а) При закрытом клапане по формуле имеем:

= кг/с.

(При с = ; k = 1.19) Модуль сдвига G = 8кг/с

б) При полном открытии клапана

= = 5331 кг/с.

2. Коэффициент запаса по текучести

= 1.12

3. Выясняем режим циклической работы пружины, то есть определяем коэффициент асимметрии цикла r:

r = = = 0.89

4. Определяем коэффициент запаса по выносливости:

; n = 1.08

Такой коэффициент запаса выносливости признать достаточным нельзя.

2. Клапанная пружина изготовлена из хромованадиевой проволоки = 9500 кг/с; = 5000 кг/с.

Исходные данные:

Размеры пружины: D = 103 мм; d = 13 мм; I = 20. Предварительная затяжка пружины = 250 мм. Наибольший ход клапана при работе - x = 30 мм.

Произвести проверочный расчет этой пружины:

1. Определяем напряжения в поперечных сечениях витков пружины

а) При закрытом клапане по формуле имеем:

= кг/с.

(При с = ; k = 1.19) Модуль сдвига G = 8кг/с

б) При полном открытии клапана

= = 5200 кг/с.

2. Коэффициент запаса по текучести

= 1.83

3. Выясняем режим циклической работы пружины, то есть определяем коэффициент асимметрии цикла r:

r = = = 0.89

4. Определяем коэффициент запаса по выносливости:

n = 1.6

Такой запас прочности можно признать достаточным, так как согласно ГОСТ запас выносливости у пружин должен составлять от 1.2 до 1.6.

3. Пружины, работающие длительно при переменных нагрузках (клапанные) необходимо рассчитывать на сопротивление усталости. На рис. 10 показана диаграмма предельных напряжений для пружин, построенная в координатах и ,

Рис. 22 Диаграмма предельных напряжений для пружин

Витые пружины крайне редко работают одновременно на растяжение и сжатие, то есть симметричный цикл нагружения (предел выносливости ) не характерен для пружин. Пульсирующее нагружение, характеризуемое пределом выносливости , также встречается редко в динамически нагруженных пружинах. Большинство пружин работает при условиях асимметричного нагружения при .

Запас прочности таких пружин находят из соотношения:

где - коэффициент, учитывающий влияние масштабного эффекта:

Обычно принимают n = 1.2-2.2

При определении запаса прочности значение эффективного коэффициента концентрации напряжений=1. Концентрацию напряжений учитывают при расчете напряжений. Для пружин с диаметром проволоки d принимают =1. Для большинства пружинных сталей =0.1-0.2

Для клапанных пружин рекомендуется также проверять запас прочности по переменных напряжениям:

Должно быть = 2-3

1. Среднеуглеродистая сталь имеет следующие характеристики:

кг/с

= 5045.5

= 0.77

= 0.95

1.64

Данные значения коэффициентов запаса не соответствуют общепринятым стандартам по ГОСТам.

2. Хромованадиевая сталь имеет следующие характеристики:

кг/с ; 5500

= 4922 ; = 277

= 0.66

= 1.42

= 4.2

соответствуют требованиям ГОСТа.

Заключение

В результате проведенных прочностных расчетов было доказано преимущество использования хромованадиевой проволоки для изготовления пружины амортизационного узла тестоделителя, по сравнению с использованием проволоки, изготовленной из среднеуглеродистой стали. В результате замены повышаются коэффициенты запаса прочности пружины и, как следствие, долговечность амортизационного узла, что привело к более эффективной работе тестоделителя.

Список использованной литературы

1. Ю.Р. Головань, Н.А. Ильинский «Технологическое оборудование хлебопекарных предприятий» -М.: Пищевая промышленность, 1979г.

2. В.М. Хромеенко «Оборудование хлебопекарного производства» -М.: ПрофОбрИздат 2002г. - 320с.

3. О.Г. Лузгин «Курсовое и дипломное проектирование технологического оборудования пищевых производств» -М.: Агропромиздат 1990г. - 269с.

4. С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков «Машины и аппараты пищевых производств» -М.: Высшая школа, 2001г. - 703с.

5. С.Т. Антипов, В.Я. Валуйский «Алгоритм дипломного проектирования» -М.: Колосс, 2005г. - 136с.

6. Т.Б. Цыганова «Технология хлебопекарного производства» -М.: ПрофОбрИздат 2001г. - 429с.

7. С.А. Чернавский «Курсовое проектирование деталей машин» -М.: Машиностроение, 1988г. - 416с.

8. И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр «Расчет на прочность деталей машин» -М.: Машиностроение, 1993г. - 630с.

9. П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов «Конструирование узлов и деталей машин»

-М.: Академия, 2004г. -496с.

Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина «Детали машин» -М.: Высшая школа 1987г. -387с.

10. Д.С. Девятов, Г.Б. Соскин «Расчеты и конструирование деталей машин» -М.: Высшая школа. 1985г. -280с.

11. СНиП 3.05.05-84. «Технологическое оборудование»

12. СНиП 31-03-2001. «Производственные здания (с 01.01.2002 взамен СНиП 2.09.02-85)»

Размещено на Allbest.ru