Обоснование выбора материалов для мужских ботинок рантово-клеевого метода крепления

Существенным отличием предлагаемого устройства является введение дополнительных элементов: силового и опорного инденторов. Силовой индентор закреплен на нижнем конце подвижного штока. Соосно установленный с ним опорный индентор размещен в верхней части оси, имеющей возможность относительного вертикального перемещения. Оба индентора выполнены из постоянных магнитов цилиндрической формы. Кроме того, изменена конструкция металлической плиты, на которую укладывается исследуемый образец кожи, путем введения направляющего стакана, подвижной оси и образования в нем круглого отверстия, диаметр которого равен диаметрам отверстий, выполненных в центре основания корпуса вибродатчика и металлической плиты.

Такое конструктивное решение позволяет определить физико-механические параметры исследуемой кожи или других вязкоупругих материалов на растяжение в автоматическом режиме, сохранив при этом все возможности прототипа.

Предложенная совокупность признаков, реализуемых в предлагаемом устройстве с новым выполнением рабочей части подвижного штока в виде силового индентора и введением опорного индентора позволяет получить положительный эффект в сокращении времени на экспресс-анализ физико-механических свойств кожи и других вязкоупругих материалов без их разрушения, а введение в конструкцию металлической плиты направляющего стакана, подвижной оси и образования в нем круглого отверстия, диаметр которого равен диаметрам отверстий, выполненных в центре основания корпуса вибродатчика и металлической плиты, дает возможность определить прочность и жесткость кож или других вязкоупругих материалов на растяжение (сжатие) в автоматическом режиме.

5.2 Экспериментальная часть

5.2.1 Методика проведения эксперимента

В данной курсовой работе исследуются физико-механические свойства материалов для верха обуви. В качестве материалов верха выбираем 4 вида кожи. В соответствии с ГОСТом 938.11-69 образцы для испытаний должны иметь форму двусторонней лопаточки с размерами рабочей зоны 50х10 (рисунок 1.2). Рабочую часть каждого образца размечают прямыми линиями перпендикулярно продольной оси на пять равных участков длиной 10 мм. Замеряют толщину образцов в каждом участке и рассчитывают среднее значение толщины образца мм.

Кожи выкраиваются по направлениям наименьшей тягучести.

Количество образцов для каждого вида материала - 3.

Перед испытанием образцы размечают, замеряют толщину пяти участков рабочей зоны и вычисляют среднее значение.

Испытание проводилось в условиях одноосного растяжения на разрывной машине маятникого типа РТ-250. Схема оборудования представлена на рисунке 1.3

Принцип действия машины заключается в следующем:

Разрывную машину подключают к источнику электропитания.

Перед заправкой образца верхний зажим фиксируют неподвижно во втулке с помощью арретира 15. Устанавливают требуемое расстояние между зажимами 16 и 21, которое должно соответствовать рабочей длине образца. Для этого вынимают шпильку, соединяющую подвижный шток 24 и втулку 25. На боковой поверхности подвижного штока 24 имеются отверстия, расположенные на расстоянии 50 мм относительно друг друга. Поднимая или опуская подвижный шток относительно втулки 25, устанавливают требуемое расстояние между зажимами и при помощи шпильки соединяют подвижный шток 24 с втулкой 25.Образец испытываемого материала 20 заправляют сначала в губки верхнего зажима 16, а затем нижнего зажима 21 разрывной машины лицевой стороной к испытателю, строго посередине зажимов и без перекосов и фиксируют в таком положении при помощи винтов, установленных на зажимах. В том случае, когда образцу необходимо придать предварительное напряжение, верхний конец образца фиксируют в верхнем зажиме, а нижний конец после пропускания между губок нижнего зажима помещают на устройстве для предварительного натяжения 22. К нижнему концу подвешивают калиброванный груз для создания предварительного напряжения, фиксируют образец в нижнем зажиме, после чего груз снимают.

После заправки образца арретиром 15 производят разблокировку верхнего зажима 16.

Шкалу силоизмерителя 8 при помощи ручки, установленной на панели прибора, вращают таким образом, чтобы стрелки 9 и 10 (ведущая и контрольная) были установлены относительно нулевого значения силы. На измерителе абсолютной деформации 17 значение указателя также должно располагаться на нулевом значении.

Шкала для измерения силы имеет три пояса: А - от 0 до 500 Н с ценой деления 1 Н; Б - от 0 до 1000 Н с ценой деления 2 Н; В - от 0 до 2500 Н с ценой деления 5 Н. При работе на втором и третьем поясах на маятник 4 добавляют грузы 3 в 1 кН или 7 кН соответственно.Скорость перемещения нижнего зажима регулируется от 25 до 250 мм/мин путем вращения специальной рукоятки, установленной на лицевой панели машины.

Растяжение образца осуществляется за счет опускания нижнего зажима с постоянной скоростью. Для опускания и последующего поднятия нижнего зажима в исходное положение используются кнопки "Вниз" и "Вверх" на панели прибора. При нажатии кнопок включается электродвигатель 1, который через муфту 28 приводит в движение червячный редуктор 27 с присоединённым к нему винтом 26, входящим в резьбовое соединение со втулкой 25. Движение втулки 25 происходит по направляющей 2. Включая кнопки на панели управления разрывной машины "Вниз" и "Вверх", изменяют направление постоянного электрического тока в цепи электродвигателя и, следовательно, направление вращения ротора электродвигателя и винта 26. Вращаясь в том или ином направлении, винт 26 перемещает шток 24 вниз или вверх по направляющей 2. Для экстренного останова движения нижнего зажима используется кнопка "Стоп" на панели машины.

Усилие Р, прилагаемое для растяжения образца материала, измеряют маятниковым силоизмерителем. Образец материала 20, деформируясь, перемещает верхний зажим 16, который поворачивает грузовой рычаг 12, соединенный неподвижно с маятником 4. Поворот рычага 12 приводит к отклонению маятника на некоторый угол ц. Отклоняясь от положения равновесия, маятник перемещает зубчатую рейку 6 и поворачивает зубчатое колесо 7.

На оси зубчатого колеса закреплена ведущая 9 и контрольная 10 стрелки, с помощью которых на шкале силоизмерителя 8 фиксируется усилие, действующее на образец материала. При разрыве образца маятник возвращается в исходное положение, а ведущая стрелка под действием грузика 5 - на нулевое деление шкалы силоизмерителя 8. Контрольная стрелка 10 остается в момент разрушения материала на месте и фиксирует значение силы. Для плавного движения маятника машина снабжена масляным амортизатором 11, шток которого соединен с грузовым рычагом 12.

Удлинение образца измеряют по шкале измерителя абсолютной деформации 17 в миллиметрах. Шкалу приводит в движение зубчатое колесо 18,соединенное с зубчатой рейкой 23, которая соединена со втулкой 25. Указатель 19 соединен с корректирующим устройством, включающим звенья 13 и 14, и рычагом 12. При отклонении маятника от вертикального положения корректирующее устройство поворачивает указатель по направлению перемещения шкалы измерителя абсолютной деформации 17 на величину, равную перемещению верхнего зажима. Разрывная машина снабжена механизмом автоматического останова при разрыве образца.



Рисунок 1.3 Схема разрывной машины РТ-250

1 - электродвигатель; 2 - направляющая; 3 - груз; 4 - маятник;5 - грузик; 6 - зубчатая рейка; 7 - зубчатое колесо; 8 - силоизмеритель; 9 - ведущая стрелка; 10 - контрольная стрелка; 11 - масляный амортизатор; 12 - грузовой рычаг; 13, 14 - звенья корректирующего устройства; 15 - арретир; 16, 21 - зажимы; 17 - измеритель абсолютной деформации; 18 - зубчатое колесо; 19 - указатель; 20 - образец материала; 22 - устройство для предварительного натяжения;23 - зубчатая рейка; 24 - подвижный шток; 25 - втулка; 26 - винт; 27 - червячный редуктор; 28 - муфта

По данным, полученным при испытании образцов, устанавливаются следующие показатели, характеризующие их механические свойства:

· Нагрузка при разрыве Р, Н - наибольшее усилие, которое выдерживают образцы до разрыва;

· Предел прочности при растяжении у, Н/мм².

у= [Н/мм²], (1.7)

где F - площадь поперечного сечения испытываемого образца, мм2

Прочность зависит от толщины и вида материалов.

Рассмотрим деформации при растяжении:

· Относительное удлинение при разрыве:

, (1.8)

где абсолютное удлинение при разрыве, мм;

рабочая длина образца до растяжения, мм.

5.2.2 Результаты исследований

Вычисление площадей образцов

Таблица 5.1 - Вычисление площадей образцов

Наименование материала	№обр	Толщина, мм	Средняя толщина, мм	ширина, мм	Площадь поперечного сечения,мм2
		1	2	3	4	5
Свиная подкладочная кожа	1	0,7	0,6	0,8	0,7	0,7	0,7	10	7
	2	0,7	0,8	0,8	0,9	0,8	0,8	10	8
	3	0,6	0,7	0,7	0,8	0,7	0,7	10	7
Велюр	1	1,7	1,8	1,8	1,9	1,8	1,8	10	18
	2	1,7	1,6	1,8	1,7	1,7	1,7	10	17
	3	1,8	1,7	1,8	1,8	1,9	1,8	10	18
Яловка легкая	1	1,1	1,2	1,3	1,2	1,2	1,2	10	12
	2	1,3	1,3	1,2	1,3	1,4	1,3	10	13
	3	1,2	1,1	1,2	1,3	1,2	1,2	10	12
Полукожник	1	2,0	2,1	2,1	2,2	2,1	2,1	10	21
	2	2,0	2,0	1,9	2,1	2,0	2,0	10	20
	3	2,1	2,0	2,1	2,1	2,2	2,1	10	21

Результаты, полученные с помощью разрывной машины



Таблица 5.2 - Результаты измерений образцов

	Свиная подкладочная кожа
	образец№1	образец№2	образец№3
Показания прибора для образцов	Р, Н	?l, мм	Р, Н	?l, мм	Р, Н	?l, мм	?l ср
	1	2	3	4	5	6	7
	25	8	25	9	25	6	7,7
	50	15	50	13	50	11	13
	75	20	75	17	75	15	17,3
	100	22	100	21	100	19	20,7
	125	24	125	23	125	23	24
Значения показателей при разрыве	125	24	135	25	125	23

Таблица 5.3 - Результаты измерений образцов

	Велюр
	образец№1	образец№2	образец№3
Показания прибора для образцов	Р, Н	?l, мм	Р, Н	?l, мм	Р, Н	?l, мм	?l ср
	1	2	3	4	5	6	7
	25	12	25	11	25	8	10,3
	50	15	50	14	50	11	13,3
	75	17	75	16	75	13	15,3
	100	18	100	18	100	15	17
	125	20	125	20	125	17	19
	150	23	150	21	150	18	20,7
	175	24	175	22	175	21	22,3
	200	26	200	24	200	23	24,3
	225	28	225	26	225	24	26
	250	29	250	29	250	25	27,7
	275	30	275	32	275	27	29,7
	300	32	300	34	300	30	32
	325	35	325	35	325	32	34
	350	37	350	37	350	35	36,3
	375	39	375	40	375	37	38,7
	400	40	400	41	400	39	40
	425	41	425	43	425	41	41,7
	450	43	450	-	450	42	42,5
	475	46	475	-	475	-	46
Значения показателей при разрыве	475	46	425	43	450	42



Таблица 5.4 - Результаты измерений образцов

	Яловка легкая
	образец№1	образец№2	образец№3
Показания прибора для образцов	Р, Н	?l, мм	Р, Н	?l, мм	Р, Н	?l, мм	?l ср
	1	2	3	4	5	6	7
	25	7	25	7	25	7	7
	50	11	50	11	50	10	10,7
	75	14	75	14	75	13	13,7
	100	19	100	17	100	17	17,7
	125	22	125	20	125	19	20,3
	150	24	150	22	150	22	22,7
	175	26	175	24	175	24	24,7
	200	29	200	26	200	26	27
	225	-	225	27	225	29	28
	250	-	250	29	250	-	29
Значения показателей при разрыве	210	30	250	29	225	29

Таблица 5.5 - Результаты измерений образцов

	Полукожник
	образец№1	образец№2	образец№3
Показания прибора для образцов	Р, Н	?l, мм	Р, Н	?l, мм	Р, Н	?l, мм	?l ср
	1	2	3	4	5	6	7
	25	5	25	4	25	7	5,3
	50	7	50	7	50	9	7,7
	75	10	75	9	75	11	10
	100	11	100	11	100	13	11,7
	125	13	125	12	125	15	13,3
	150	15	150	13	150	17	15
	175	17	175	15	175	18	16,7
	200	19	200	16	200	20	18,3
	225	20	225	18	225	21	19,7
	250	22	250	19	250	23	21,3
	275	24	275	22	275	25	23,7
	300	25	300	24	300	26	25
	325	27	325	25	325	28	26,7
	350	28	350	27	350	29	28
	375	30	375	28	375	31	29,7
	400	31	400	30	400	33	31,3
	425	-	425	31	425	35	33
Значения показателей при разрыве	415	32	430	32	425	35

Подсчет результатов испытаний

Для каждого испытанного образца производим расчет показателей по ниже приведенным формулам.

Для подсчета величин показателей, являющихся средними для каждой испытанной кожи было вычислено среднее арифметическое отдельно по каждым образцам. Далее производим расчет по данным таблиц 5.1-5.5.

1. Свиная подкладочная кожа:

- Предел прочности при разрыве:

у= [Н/мм²],

Fср=(7+8+7)/3=7,3 мм²

(125+135+125)/3=128 Н

у = 128/7,3=17,5 Па

- Относительное удлинение при разрыве:

,

=(24+25+23)/3=24 мм

ер =(24/50)·100=48%

2. Велюр:

- Предел прочности при разрыве:

у= [Н/мм²],

Fср=(18+17+18)/3=17,7 мм²

(475+425+450)/3=450Н

у = 450/17,7=25,4 Па

- Относительное удлинение при разрыве:

,

=(46+43+42)/3=43,7 мм

ер =(43,7/50)·100=87,3%

3. Яловка легкая:

- Предел прочности при разрыве:

у= [Н/мм²],

Fср=(12+13+12)/3=12,3 мм²

(210+250+225)/3=228,3Н

у = 228,3/12,3=18,6 Па

- Относительное удлинение при разрыве:

,

=(30+29+29)/3=29,3 мм

ер =(29,3/50)·100=58,7%

4. Полукожник:

- Предел прочности при разрыве:



у= [Н/мм²],

Fср=(21+20+21)/3=20,7мм2

(415+430+425)/3=423,3Н

у = 423,3/20,7=20,4 Па

- Относительное удлинение при разрыве:

,

=(32+32+35)/3=33мм

ер =(33/50)·100=66%

5.2.3 Математическая обработка результатов эксперимента и выводы

Задачей любого измерения является не только определение значения самой измеряемой величины, но также и оценка погрешности, допущенной при измерении (ошибки измерения).

Различают несколько видов ошибок измерения: грубые, систематические и случайные.

Грубые ошибки возможны из-за нарушения основных условий измерения (неверные показания приборов и т.д.) или в связи с недосмотром исследователя, его невнимательностью. Результат, содержащий грубую ошибку, называется промахом.

Систематические ошибки вызываются воздействием факторов, которые проявляются одинаково при многократном повторении одних и тех же измерений. Ошибки такого рода имеют, например, место, если при измерениях используют прибор с неправильной регулировкой, приведшей к смещению начала отсчета.

Случайные ошибки - это следствие воздействий, которые неодинаковы при каждом измерении и не могут быть учтены в отдельности. Подобные ошибки обычно связаны с суммарным эффектом влияния многих факторов. Они являются предметом изучения специальной математической дисциплины - теории ошибок, основанной на законах теории вероятности. Значение этих законов позволяет учитывать влияние случайных ошибок на результаты измерений и способствует тому, что значение измеряемой величины определяется со значительно меньшей ошибкой после серии измерений. Очень часто распределение случайных величин, в том числе случайных ошибок измерения, подчиняется закону Гаусса, который относится к так называемому распределению.

Обработка экспериментальных данных производится с использованием следующих статистических характеристик:

– среднее значение измеряемой величины

=

– выборочная дисперсия

S2=

– среднеквадратическое отклонение

S=

– коэффициент вариации

V= •100%



– ошибка выборочной средней

mx=tв•

1. Свиная подкладочная кожа:

= =128,3

S2= =33,335

S==5,8

V= 100% =4,5%

mx=4,969• =16,6

2. Велюр:

= =450

S2= =625

S==25

V= 100% =5,5%

mx=4,969• =71,7

3. Яловка легкая:

= =228,3

S2= =408,335

S==20,2

V= 100% =8,8%

mx=4,969• =57,9

4. Полукожник:

= =423,3

S2= =58,335

S==7,6

V= 100% =1,8%

mx=4,969• =21,8

Результаты математической обработки заносим в таблицу 5.6.

Таблица 5.6 - Результаты математической обработки

Наименование материала		S2	S	V	mx	ГОСТ
1	2	4	5	6	7
Свиная подкладочная кожа	128,3	33,3	5,8	4,5	16,6
Велюр	450	625	25	5,5	71,7
Яловка легкая	228,3	408,3	20,2	8,8	57,9
Полукожник	423,3	58,3	7,6	1,8	21,8

Вывод: анализируя рассчитанные выше коэффициенты вариации и среднеквадратичные отклонения, можно сказать о небольшом разбросе значений, полученных в результате проведения измерения. Это говорит о том, что в ходе эксперимента не было допущено, как таковых ошибок измерений.



Вывод по работе

В работе были проведены исследования физико-механических свойств материалов верха обуви с верхом из натуральной кожи по показателям: разрывная нагрузка, предел прочности при растяжении, удлинение при разрыве.

Анализируя данные можно сказать, что наилучшим комплексом физико-механических свойств обладает велюр, так как он имеет наибольшую прочность и остаточную деформацию, чем остальные материалы.

В целом результаты исследования удовлетворительны, полученные данные дают основания для выбора материала верха обуви с заданными показателями физико-механических свойств.



Литература

1. Зыбин Ю.П. Материаловедение изделий из кожи. / Ю.П. Зыбин, А.А. Авилов, Ю.М. Гвоздев, Н.В. Чернов, - Москва: Легкая индустрия, 1968. - 384с.

2. Смелков В.К. Учебное пособие по курсу " Материалы для обуви"./ В.К. Смелков, А.Н. Буркин, - Витебск: ВГТУ, 1997. - 66 с.

3. Шварц А.С. Современные материалы и их применение в обувном производстве. / А.С. Шварц, Е.Ф. Кандратьков, - Москва: Лёгкая индустрия, 1978. - 224 с.

4. Пожидаев Н.Н. Лабораторный практикум по материаловедению изделий из кожи. / Н.Н. Пожидаев, Н.А. Гуменный, - Москва: Лёгкая индустрия, - 1976. - 272 с.

5. ГОСТ 26167-2005. Обувь повседневная. Технические условия.- Москва: Стандарты, 1984. - 43 с.

6. Прейскурант №44-03 и 44-05 "Оптовые цены на материалы".

7. Справочник обувщика (Проектирование обуви, материалы) / Л.П. Морозова [и др.]; под ред. А.И. Калиты - Москва: Легпромбытиздат,1988. - 432 с.

Размещено на Allbest.ru