ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Металлополимерные конструкции и узлы из "Металлополимерные материалы и изделия" Разработка научных основ инженерных расчетов и методов конструирования металлополимерных систем — одна из важнейших задач в проблеме массового внедрения в различные отрасли народного хозяйства новых материалов и конструкций из них. В настоящее время накоплен большой объем информации, позволяющий достаточно точно рассчитывать и конструировать металлические изделия [1]. Однако опыт применения материалов на основе поли.меров для изготовления ответственных изделий машиностроения и приборостроения свидетельствует о том, что простое копирование аналогичных металлических конструкций чаще всего не дает положительных результатов. Для успешного использования металлополимерных систем конструкторы и технологи должны располагать большим объемом сведений о физических, механических и химических свойствах материалов в условиях статического и ди). амического нагружения, чтобы рассчитать изделие и предсказать его поведение в эксплуатации, как это делается применительно к металлам [2]. [c.106] Сочетание металлов и полимеров в конструкциях и узлах во многих случаях, как уже отмечалось, дает возможность достичь не только аддитивности, но и синергизма свойств, входящих в композицию материалов. Это определяет особенности конструирования и расчета металлополимерных систем. В конечном счете процесс конструирования и расчета сводится к выбору материала и разработке конструкции детали (узла), обеспечивающей заданные эксплуатационные параметры, срок службы и надежность, имеющей минимальные вес и материалоемкость при минимальных производственных и эксплуатационных затратах. [c.106] Кратко рассмотрим основное содержание работ, выполняемых на каждом из этих этапов. При этом мы не ставим цель ответить на все возможные вопросы, а лишь стремимся показать целесообразные пути развития конструкторской мысли, важность тщательного учета условий эксплуатации и специфики металлополимерных материалов, необходимость творческой активности всех специалистов, участвующих в разработке и применении новых материалов и создании из них работоспособной конструкции. [c.108] Для создания конструкции металлополимерной детали или узла со свойствами, близкими к оптимальным, следует прежде всего тщательно проанализировать известные или ожидаемые условия эксплуатации. Эти сведения должны по возможности подробней отражать условия нагружения и характеристики окружающей среды, эксплуатационные параметры, экономические и технологические требования. На основе этих данных разрабатывается техническое задание, которое удобно представлять в виде специальной карты, содержащей не только требования к создаваемому изделию, но и сведения об известных заказчику (или разработчику) конструкциях—-прототипах. Ниже приведен пример такой карты (приведенные в ней данные — произвольные). [c.108] Для расчета механически нагруженных деталей важно знать, как распределена нагрузка на поверхности детали, режим ее воздействия— кратковременный или длительный, статический или циклический, возможность динамических воздействий. Если в процессе эксплуатации деталь движется, необходима подробная информация о скорости и длительности процесса перемещения, траектории движения, ускорении и т. д. [c.108] Предприятие-заказчик изготовитель)—завод электрического транспорта. Наименование узла (детали) — моторно-осевой подшипник (чертеж прилагается) Краткое описание — узел трения электрофицированного рельсового транспорта рабочие элементы подшипника выполнены из оловянистой бронзы с тонким баббитовым покрытием смазка в зону трения подается при помощи фитпля. [c.108] Основная задача — подобрать (создать) самосмазывающийся материал и разработать конструкцию подшипника, способного кратковременно проводить электрический ток. [c.108] Не более 100 тыс. руб. [c.110] Важными являются требования к точности изготовления и сборки металлополимерных систем, так как низкая точность может существенно уменьшить надежность и долговечность, а завышенные требования к точности— резко увеличить стоимость производства изделий. Высокая технологичность металлополимеров дает возможность создавать комбинированные детали, выполняющие функции нескольких деталей [30]. [c.111] Чтобы прогнозировать поведение конструируемой системы в эксплуатации, нужцо четко охарактеризовать показатели надежности и долговечности, которые определяют роль детали в обеспечении общей работоспособности машины (прибора), возможные последствия отказа. Например, возможность отказа должна быть исключена, если выход из строя металлополимерного узла может повлечь за собой разрушение летательного аппарата или длительную остановку крупного производства. В других случаях работоспособность может быть охарактеризована долговечностью — расчетным сроком службы изделия при заданных эксплуатационных параметрах. В соответствии с критериями работоспособности детали это может быть, например, допустимый износ рабочей поверхности или усталостное разрушение за определенное число циклов нагружения. [c.111] Важными эксплуатационными характеристиками являются создаваемый шум и демпфирующая способность. Сильный шум недопустим, например, в звукозаписывающей аппаратуре и текстильном производстве. К снижению вибрации необходимо стремиться, применяя. металлополимерные детали в ручном механизированном инструменте, в транспортных машинах. [c.111] Энергоемкость детали в процессе работы нужно учитывать при работе подщипников микродвигателей или гироскопов, в ните-водителях текстильных машин, т. е. во всех случаях, когда потери энергии в металлополимерном узле соизмеримы с общими энергетическими затратами в системе и приводят к сильному разогреву и т. д. Во взрывоопасной среде недопустима статическая электризация деталей, в вакуумных приборах — сильное газовыделение, в пищевых машинах — выделение токсичных веществ. В техническом задании нужно отразить и условия хранения детали (длительность, параметры окружающей среды). [c.111] Чем скрупулезнее будут проанализированы эксплуатационные условия и тщательней составлено техническое задание, тем больше вероятность с меньшими затратами найти оптимальное решение поставленной задачи. [c.112] На этом этапе работы над созданием новой детали нужно из большого многообразия металлополимерных материалов и возможных разновидностей конструкций выбрать минимальное число возможных вариантов, наиболее полно удовлетворяющих требованиям технического задания. [c.112] Уже при простом сопоставлении данных, приведенных в карте технического задания, с известными справочными и другими сведениями о металлополимерах можно многие исключить из дальнейшего рассмотрения по соображениям экономического, технологического или эксплуатационного характера. В зависимости от того требуется ли создать деталь заданных размеров или у конструктора имеется определенная свобода в выборе размеров, разрабатывается несколько эскизных вариантов проектируемого изделия. Оценку их работоспособности на этапе предварительного выбора материала (и конструкции) целесообразно проводить с помощью упрощенных методик в соответствии с известными или ожидаемыми критериями. Для механически нагруженных конструкций чаще всего такими критериями являются прочность и де-формативность. Например, нагрузочную способность узлов трения скольжения можно оценить по фактору pv или допустимой температуре эксплуатации зубчатых колес и звездочек — по допускаемой погонной нагрузке в зависимости от величины модуля зацепления статически нагруженных деталей — по соответствующим формулам сопротивления материалов. При необходимости применяются и другие специфические упрощенные методики оценки диэлектрических и теплофизических характеристик, демпфирующей способности, химической стойкости и т. д. При этом может возникнуть необходимость определения дополнительных экспериментальных данных о свойствах рассматриваемых материалов и элементов конструкций из них в стандартных или специальных условиях. [c.112] В случае, если среди известных материалов не удается выбрать материал, пригодный для изготовления работоспособной конструкции детали, полностью отвечающей основным положениям технического задания, необходимо сформулировать требования для конструирования принципиально нового материала или создания нового конструктивного решения. [c.113] Методы расчета металлополимерных систем имеют характерные особенности, обусловленные критериями их работоспособности в различных условиях эксплуатации. Критерии работоспособности характеризуют основные виды полной или частичной потери способности металлополимерных деталей и узлов выполнять рабочие функции в комплексе с другими элементами машины, механизма, прибора или сооружения. Основными критериями работоспособности металлополимерных систем являются прочность и жесткость (деформативность), тепло- и термостойкость, износостойкость, атмосферо- и коррозионная стойкость. Для некоторых изделий наряду с перечисленными к основным критериям работоспособности могут быть отнесены такие специфические характеристики, как электропроводность и электрическая прочность (например, для слоистых диэлектриков), шумопоглощение (детали кожуха телеграфного аппарата), отражающая способность (тепловые экраны), пожаростойкость и т. д. В соответствии с критериями работоспособности проводят расчеты детали (узла). В зависимости от ожидаемых условий эксплуатации расчет металлополимерных систем может осуществляться по одному или нескольким критериям работоспособности. [c.113] Прочность и жесткость. Прочность характеризует способность материала сопротивляться разрушению, а жесткость — деформированию при нагружении. Расчеты этих хар ктеристик тесно связаны. Они включают выбор расчетной схемы, оценку напряженно-деформированного состояния, определение зоны и значения опасных напряжений и деформаций и сравнение их с допустимыми. [c.113] Чаще всего механические свойства материалов на основе полимеров характеризуют комплексом следующих основных деформационных и прочностных показателей [35]. [c.113] Характерной чертой большинства металлополимерных материалов и конструкций является анизотропия деформационных и прочностных свойств. Поэтому для описания напряженно-деформированного п предельных состояний. целесообразно попользовать уравнения механики анизотропных сред, наиболее развитой применительно к расчету армированных пластиков [3—15, 25—27]. [c.114] Вернуться к основной статье