Обеспечение конструктивной прочности винта домкрата в заданных условиях работы
Основные сведения о конструкции домкрата, принцип его работы. Причины выхода из строя передачи винт-гайка. Анализ условий работы винта. Определение требуемых свойств материала, подбор методов его испытания. Уточнение химического состава материала.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.01.2015 |
| Размер файла | 821,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Обоснование обеспечения конструктивной прочности винта домкрата в заданных условиях работы
- 1.1 Анализ условий работы детали
- 1.2 Определение требуемых свойств материала
- 1.3 Подбор методов испытаний материала
- Испытания на прочность, упругость, пластичность
- Испытание на твердость
- Испытания на жидкотекучесть
- Испытания на выносливость
- Порядок выполнения и обработка результатов
- Испытания на коррозийную устойчивость
- Испытания на прокаливаемость
- 1.4 Определение ориентировочного химического состава материала
- 1.5 Уточнение химического состава
- Заключение
- Список литературы
Введение
В современном мире во всех отраслях промышленности для выполнения производственных процессов используются машины. Они состоят из деталей, механизмов, сборочных единиц, агрегатов и элементов, обеспечивающих соединение составных частей в многофункциональное изделие. Дальнейший прогресс и рост материального благосостояния тесно связаны с развитием машиностроения. В связи с этим возникает необходимость изготовления деталей, которые удовлетворяли бы следующим требованиям:
1. Соответствие производительности заданным объемам и темпам выполнения работы;
2. Обеспечение высокой надежности и долговечности;
3. Правильность выбора материала и рациональных способов обработки;
4. Обеспечение наименьших затрат труда и денежных средств.
Целью моей работы является выбрать материал винта домкрата, который обеспечил бы конструктивную прочность в заданных условиях работы, был технологичен и долговечен.
В ходе работы мне необходимо решить следующие задачи:
1. Выполнить анализ условий работы детали;
2. Определить требуемые свойства материала;
3. Подобрать методы испытания материала;
4. Ориентировочно определить химический состав материала, потом уточнить его;
5. Выбрать материал и его термическую обработку.
1. Обоснование обеспечения конструктивной прочности винта домкрата в заданных условиях работы
1.1 Анализ условий работы детали
Домкрат - это стационарный, переносной или передвижной грузоподъемный механизм для подъема и фиксации на заданной высоте тяжелых предметов. Рис. 1.
Основные сведения о конструкции механизма, принцип его работы.
Рис. 1 Конструктивная схема механизма
1. Винт
2. Гайка
3. Рукоятка
4. Корпус
5. Пята
При вращении рукоятки 3 происходит вращение винта 1 относительно гайки 2, закрепленной в корпусе 4. Вращение винта 1 вызывает осевое перемещение пяты 5, на которую устанавливается груз, в пределах 0.400мм.
Таким образом, основным элементом домкрата является передача винт-гайка. Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Винты домкратов имеют трапецеидальную или упорную резьбу. Этим обеспечивается самоторможение винта и исключается свободный спуск груза. В силовых передачах винт-гайка чаще применяется трапецеидальная резьба. Она обладает более высокой прочностью витков, технологична, имеет более высокий КПД, чем метрическая резьба, но может использоваться только при реверсивной нагрузке. Опыт эксплуатации передач винт-гайка показывает, что основной причиной выхода их из строя является изнашивание резьбы. Поэтому при определении размеров передачи исходят из расчета на износостойкость резьбы по допускаемому давлению с последующей проверкой винта на прочность. Потеря устойчивости длинных сжатых винтов может быть также причиной разрушения передачи. Также на винт будут влиять и коррозийные явления, так как работа с домкратом не исключает попадания воды на механизм.
Таким образом, основными причинами выхода из строя передачи винт-гайка являются низкие износостойкость резьбы, статическая плотность, устойчивость винта, также немаловажно влияние коррозийных явлений.
1.2 Определение требуемых свойств материала
Исходя из анализа условий работы винта, можно выявить важные свойства материала и требования к нему (Таблица 1)
Таблица 1
Определение требуемых свойств материала
|
Условия работы детали |
Требования к материалу |
Свойства материала |
|
|
Механические свойства |
|||
|
Работа в условиях постоянной нагрузки |
Материал должен выдерживать статические нагрузки |
Прочность |
|
|
Материал должен сохранять свою форму и размеры |
Упругость |
||
|
Работа в условиях циклической нагрузки |
Материал должен сопротивляться усталостному разрушению |
Выносливость |
|
|
Работа в паре винт-гайка |
Материал должен сопротивляться проникновению в него другого тела |
Твердость |
|
|
Химические свойства |
|||
|
Воздействие окружающей среды |
Материал должен оказывать сопротивление воздействию окружающей среды |
Коррозийная стойкость |
|
|
Эксплуатационные свойства |
|||
|
Работа в условиях трения |
Материал должен оказывать сопротивление износу |
Износостойкость |
|
|
Технологические свойства |
|||
|
Изготовление винтов |
Материал должен давать жидкую, хорошо текущую струю, хорошо заполнять форму |
Жидкотекучесть |
|
|
Материал должен поддаваться технической обработке режущим инструментам |
Обрабатываемость резанием |
||
|
Технология термической обработки |
Материал должен иметь высокую прочность после закалки |
Закаливаемость |
|
|
Материал должен иметь высокую глубину проникновения закалки |
Прокаливаемость |
||
|
Работа в интервале температур - 50…+50 |
Материал должен иметь высокую производительность независимо от температуры окружающей среды в заданном интервале |
Интервал рабочих температур |
1.3 Подбор методов испытаний материала
Исходя из требуемых свойств, определим, каким испытаниям необходимо подвергнуть материал.
Испытания на прочность, упругость, пластичность
Прочность, пластичность и упругость материала определяют при статических испытаниях на растяжение.
винт домкрат химический состав
Рис. 2. Статические испытания на растяжение:
а - схема испытания; б - диаграмма растяжения
Испытания производятся на цилиндрических (или плоских) образцах с определенным соотношением между длиной l0 и диаметром d0. Образец растягивается под действием приложенной силы P (рис.2.) до разрушения. Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию. Напряжение у - это отношение силы P к площади поперечного сечения F, МПа:
= ,
Деформация характеризует изменение размеров образца под действием нагрузки, %
= 100,
где l - длина растянутого образца. Деформация может быть упругой (исчезающей после снятия нагрузки) и пластической (остающейся после снятия нагрузки).
При испытаниях строится диаграмма растяжения, представляющая собой зависимость напряжения от деформации. На рис. 2, б приведена такая диаграмма для низкоуглеродистой стали. После проведения испытаний определяются следующие характеристики механических свойств.
Предел упругости уу - это максимальное напряжение, при котором в образце не возникают пластические деформации.
Предел прочности (или временное сопротивление) - это напряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец при испытании.
Относительное удлинение после разрыва - отношение приращения длины образца при растяжении к начальной длине l0, %:
= · 100,
где lk - длина образца после разрыва.
Относительным сужением после разрыва называется уменьшение площади поперечного сечения образца, отнесенное к начальному сечению образца, %:
= · 100,
где Fk - площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное удлинение и относительное сужение являются характеристиками пластичности.
Испытание на твердость
При испытании на твердость в поверхность материалов вдавливают пирамиду, конус или шарик (индентор), в связи с чем различают методы испытаний, соответственно, по Виккерсу, Роквеллу и Бринеллю. Кроме того, существуют менее распространенные методы испытания твердости: метод упругого отскока (по Шору), метод сравнительной твердости (Польди) и некоторые другие.
При испытании материалов на твердость не изготавливают стандартных специальных образцов, однако к размерам и поверхности образцов и изделий предъявляются определенные требования.
По методу Бриннелля вдавливают в образец или изделие стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм под действием нагрузок 3000, 1000, 750, 500, 250, 62,5 кгс и др. (ГОСТ 9012-59, рис. 1.). Полученный круглый отпечаток на образце измеряют под лупой и по таблицам находят величину твердости по Бринеллю, значение которой не превышает 450 НВ. Твердость по Бринеллю почти совпадает со значениями твердости по Виккерсу.
Твердость НВ - это также величина напряжений сопротивления вдавливанию:
HB=P/Fot=P/рDt=2P/рD (D-v (D2-d2))
где P - нагрузка, кгс;
Fot - площадь отпечатка, мм2;
t - глубина сегмента отпечатка;
D - диаметр шарика, мм;
d - диаметр отпечатка, мм.
Твердость по Бринеллю НВ (по умолчанию) имеет размерность кгс/мм2, например, твердость алюминиевого сплава равна 70 НВ. При нагрузке, определяемой в ньютонах, твердость по Бринеллю измеряется в МПа. Например, твердость отожженной стали равна 207 НВ при нагрузке 3000 кгс, диаметре шарика 10 мм, диаметре отпечатка 4,2 мм или, учитывая коэффициент перевода: 1 Н = 9,8 кгс, НВ = 2 028 МПа.
Рис. 3. Схема определения твердости по Бринеллю
Испытания на жидкотекучесть
Литейные свойства чугуна и стали и некоторых цветных металлов и сплавов определяют испытанием на жидкотекучесть. Жидкотекучесть зависит от природы чистых металлов, химического состава сплавов и температуры их нагрева. Величина жидкотекучести определяется по технологической пробе (рис. 5), т.е. по длине спирального канала трапециевидного сечения, заполненного сплавом в контрольной форме. Чем больше жидкотекучесть сплава, тем большей длины участок будет заполнен до затвердевания.
Рис. 5. Технологическая проба для испытания металлов и сплавов на жидкотекучесть: 1 - литейный стояк, 2 - выпор, 3 - выступы, расположенные на расстоянии 50 мм друг от друга, 4 - спираль, 5 - зумпф под стояком
Испытания на выносливость
Способность материала сопротивляться разрушению при переменных напряжениях называется выносливостью.
Испытание на усталость проводится на специальной машине МУИ-6000, которая позволяет создавать деформацию чистого изгиба с максимальным моментом 50 Н?м. Схема нагружения образца представлена на рис. 5. Постоянная нагрузка Q вызывает во вращающемся образце симметричный цикл напряжений, наиболее опасный для детали.
Рис.5. Схема нагружения образца при испытании на выносливость
При испытании на выносливость используются стандартные цилиндрические образцы по ГОСТ 25.502-79 диаметром 5-10 мм, при этом для получения достоверных результатов требуется испытать 6-12 одинаковых образцов. Первый образец испытывают при наибольшем напряжении цикла для сталей уmax = 0,6 ? упч, для сплавов и цветных металлов уmax = 0,4 ? упч, фиксируя число циклов N, при котором образец был разрушен. Для каждого последующего образца наибольшие напряжения уменьшают на 20.40 МПа, при этом число циклов, необходимое для разрушения, увеличивается. В итоге находят так называемый предел выносливости - наибольшее напряжение, которое образец выдерживает без разрушения в течение заданного числа циклов, называемого базой испытаний (для сталей база испытаний равна 10?106 циклов, для цветных металлов - 100?106 циклов).
Диаграмма, представленная в координатах уmax-Nц, называется кривой усталости (кривая Вёлера) и позволяет определить предел выносливости материала при симметричном цикле нагружения у-1 (рис. 7.).
Рис. 7. Кривая усталости (кривая Вёлера)
Испытания на выносливость - очень длительные испытания и при проведении учебной лабораторной работы не всегда удается получить предел выносливости. Обычно ограничиваются определением разрушающего напряжения двух-трех образцов. При тщательно проведенных испытаниях можно убедиться, что чем меньше уmax, тем большее число циклов нагружения выдерживает образец.
Порядок выполнения и обработка результатов
Подсчет напряжений, вызвавших разрушение образца, производится по формуле
уi max=Mi/Wx
где Mi=Qil0/2 - изгибающий момент на среднем участке образца;
Wx=рd3/32 - момент сопротивления среднего участка образца.
Для стали ожидаемое значение предела усталости подсчитывается во одной из следующих зависимостей:
у-1=0,27Еупч+1850Е105 Н/м2;
у-1=0,24Еут+2750Е105 Н/м2.
Порядок проведения испытания следующий:
измеряются размеры образца и подсчитывается первичная нагрузка Q;
образец закрепляется в шпиндельных головках испытательной машины, устанавливается индикатор, сбрасывается показание счетчика образцов и запускается двигатель;
после поломки образца определяется по счетчику образцов число циклов до разрушения;
принимается очередная ступень нагрузки и испытание повторяется.
Испытания на коррозийную устойчивость
Профилографический метод состоит в определении степени коррозирования (глубины разъедания) различных участков исследуемого образца. Образцы испытают в среде, аналогичной по действию той, в которой будет работать сварное соединение, но более быстродействующей с определенным коэффициентом ускорения.
Глубину разъедания измеряют с помощью специальных профилографов и профилометров (рис. 8), после чего на бумаге вычерчивают профиль образца после коррозии.
Рис. 8. Определение коррозионной стойкости шва профилометром а - общий вид профилометра; б - образцы для испытаний: 1 - после сварки; 2 - перед испытанием; 3 - после испытания; в - профиль сварного соединения: I - до испытания; II - после испытания; г - глубина проникания коррозии
Испытания на прокаливаемость
Под прокаливаемостью понимают глубину проникновения закаленной зоны. При определении прокаливаемости методом торцовой закалки прокаливаемость стали одной плавки характеризуется кривой, построенной в координатах: твердость (по оси ординат) - расстояние от охлаждаемого торца (по оси абсцисс).
Прокаливаемость стали характеризуется марочной полосой прокаливаемости, определяемой граничными кривыми, установленными для нескольких плавок данной марки стали (рис. 9).
Рис. 9. Прокаливаемость стали может быть выражена индексами (цифровыми показателями) прокаливаемости (вместо кривой или полосы прокаливаемости).
Индекс прокаливаемости выражается твердостью (HRC) на данном расстоянии от охлажденного торца ( в мм) по одному из следующих вариантов (см. рис. 9.):
а) твердость максимальная или минимальная на заданном расстоянии
;
б) минимальное и максимальное значение твердости на заданном расстоянии от охлажденного торца (точки и ) -
;
в) минимальное и максимальное расстояние от охлаждаемого торца с определенной твердостью (точки и ) -
;
г) максимальные значения твердости на разных расстояниях от охлаждаемого торца (точки и ) -
; ;
д) максимальные значения твердости на разных расстояниях от охлаждаемого торца (точки и ) -
; .
Образец для испытания стали на прокаливаемость должен быть цилиндрической формы диаметром (25±0,25) мм и длиной (100±0,5) мм.
Конец образца, который не подвергается закалке, должен быть снабжен фланцем (рис.10.).
Рис. 10 Образец с фланцем
Из прутков сечением от 28 до 50 мм образец вытачивают из центра в соответствии с требованиями ГОСТ 7564-73, а из прутков сечением 50 мм и свыше - из перекованной и перекатанной пробы на круг-квадрат размером 30 мм. На поверхности образца не допускаются следы обезуглероживания.
При диаметре или толщине прутка более 150 мм образец допускается отбирать вырезкой таким образом, чтобы его ось располагалась на расстоянии 20 мм от поверхности прутка.
Допускается использование образцов, изготовленных из литой пробы.
В случае если размер металлоизделия не позволяет приготовить стандартный образец для испытания, то он должен быть изготовлен из полуфабриката, который в дальнейшем предназначен для изготовления изделий.
1.4 Определение ориентировочного химического состава материала
Для определения ориентировочного химического состава материала проведем анализ свойств различных классов материалов: сталей, чугунов, сплавов цветных металлов, материалов порошковой металлургии, неметаллических материалов.
Черные металлы:
1. Стали
Сталь - сплав железа с углеродом и/или с другими элементами. Сталь содержит не более 2,14% углерода. Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45% железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (хром, никель, марганец, вольфрам, ванадий, молибден).
Наиболее распространенным видом является простая углеродная сталь, так как углерод является ее основной примесью. В такой стали содержится около 1 % углерода и незначительные количества других компонентов (марганца, кремния, серы и фосфора).
В легированной стали также содержится определенное количество углерода, благодаря присутствию вних марганца, никеля, хрома, ванадия и молибдена, они обладают рядом индивидуальных свойств. Низколегированная сталь, в которой содержится менее 5% легирующих добавок, чрезвычайно прочна и используется в строительстве зданий, мостов и частей машин.
В высоколегированной стали содержитсяболее 5% добавок. Сюда относится нержавеющая сталь. Наиболее распространены хромоникелевая (18% Cr b 9%Ni) и хромистая (13-27% Cr) нержавеющая сталь, часто с добавлением Mn, Ti и других элементов. Добавка хрома повышает стойкость стали к окислению и коррозии. Такая сталь сохраняет прочность при высоких температурах. Хром входит также в состав износостойких сталей, из которых делают инструменты, шарикоподшипники, пружины.
Характеристики стали:
· Плотность стали - (7,7-7,9) *103 кг/м3;
· Удельная теплоемкость стали при 20°C - 0,11 кал/град;
· Температура плавления стали - 1300-1400°C;
· Предел прочности стали при растяжении:
a. сталь для конструкций - 38-42 (кГ/мм2);
b. сталь кремнехромомарганцовистая - 155 (кГ/мм2);
c. сталь машиноподелочная (углеродистая) - 32-80 (кГ/мм2);
d. сталь рельсовая - 70-80 (кГ/мм2);
2. Чугуны
Чугун - сплав железа с углеродом и другими элементами. Содержание углерода в чугуне не менее 2,14% до 67,7%. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Он в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.
Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.).
В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны.
Белый чугун
В них весь углерод находится в связанном виде (Fe3C). В зависимости от количества углерода делятся на:
доэвтектические (2,14-4,3% углерода);
эвтектические (4,3% углерода);
заэвтектические (4,3-6,67% углерода).
Цементит в изломе - светлый, поэтому такие чугуны назвали светлыми.
Серый чугун
Серый чугун - это сплав железа, кремния (от 1,2 - 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.
Ковкий чугун
Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна; перлит. Ковкий чугун получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготавливают детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т.д.
Высокопрочный чугун
Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно, как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.
Половинчатый чугун
В половинчатом чугуне часть углерода (более 0,8 %) содержится в виде цементита. Структурные составляющие такого чугуна - перлит, ледебурит и пластинчатый графит.
Цветные металлы:
1. Медь и ее сплавы
Чистая медь обладает высокой электрической проводимостью (на втором месте после серебра), пластичностью, коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, а также в ряде химических сред. Плотность меди 8,94 г/см3, температура плавления 1083oС. Механические свойства меди относительно низкие: предел прочности составляет 150…200 МПа, относительное удлинение - 15…25 %. Поэтому в качестве конструкционного материала медь применяется редко. Повышение механических свойств достигается созданием различных сплавов на основе меди. Медь является важным компонентом твёрдых припоев.
Различают две группы медных сплавов: латуни - сплавы меди с цинком, бронзы - сплавы меди с другими (кроме цинка) элементами. Модуль упругости медных сплавов (900-12000 кгс/ммІ, ниже, чем у стали).
Латуни.
Латунь - сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк, иногда с добавление олова, свинца, никеля, марганца, железа и других элементов.
· Плотность - 8300-8700 кг/мі;
· Удельная теплоёмкость при 20°C - 0,377 кДж·кг?1·K?1;
· Удельное электрическое сопротивление - (0,07-0,08) ·10?6 Ом·м;
· Температура плавления латуни в зависимости от состава достигает 880-950°C. С увеличением содержания цинка температура плавления понижается. Латунь достаточно хорошо сваривается (однако нельзя сваривать латунь сваркой плавлением - можно, например, контактной сваркой) и прокатывается. Хотя поверхность латуни, если не покрыта лаком, чернеет на воздухе, но в массе она лучше сопротивляется действию атмосферы, чем медь. Имеет жёлтый цвет и отлично полируется;
· Висмут и свинец имеют вредное влияние на латунь, так как уменьшают способность к деформации в горячем состоянии. Тем не менее легирование свинцом применяют для получения сыпучей стружки, что облегчает ее удаление при обработке резанием.
Томпак - латунь с содержанием меди 90-97 %. Обладает высокой пластичностью, антикоррозионным и антифрикционными свойствами, хорошо сваривается со сталью, его применяют для изготовления биметалла сталь-латунь. Благодаря золотистому цвету, томпак используют для изготовления художественных изделий, знаков отличия и фурнитуры.
Бронза - сплав меди, обычно с оловом в качестве основного легирующего компонента, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь) и никеля.
Оловянная бронза - сплав меди с оловом. Наличие фосфора обеспечивает хорошую жидкотекучесть.
Оловянные бронзы подразделяются на деформируемые и литейные.
В деформируемых бронзах содержание олова не должно превышать 6 %, для обеспечения необходимой пластичности. В зависимости от состава деформируемые бронзы отличаются высокими механическими, антикоррозионными, антифрикционными и упругими свойствами, и используются в различных отраслях промышленности. Из этих сплавов изготавливают прутки, трубы, ленту, проволоку.
Литейные оловянные бронзы применяются для изготовления пароводяной арматуры и для отливок антифрикционных деталей типа втулок, венцов червячных колес, вкладышей подшипников.
Безоловянные бронзы - сплавы меди, в которых олово отсутствует. Самые известные из них - латунь и алюминиевая бронза.
Положительные особенности алюминиевых бронз по сравнению с оловянными:
· меньшая склонность к внутрикристаллической ликвации;
· большая плотность отливок;
· более высокая прочность и жаропрочность;
· меньшая склонность к хладоломкости.
Основные недостатки алюминиевых бронз:
· значительная усадка;
· склонность к образованию столбчатых кристаллов при кристаллизации и росту зерна при нагреве, что охрупчивает сплав;
· сильное газопоглощение жидкого расплава;
· самоотпуск при медленном охлаждении;
· недостаточная коррозионная стойкость в перегретом паре.
Для устранения этих недостатков сплавы дополнительно легируют марганцем, железом, никелем, свинцом.
Из алюминиевых бронз изготавливают относительно мелкие, но высокоответственные детали типа шестерен, втулок, фланцев литьем и обработкой давлением.
2. Алюминий и его сплавы
Алюминий - лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло - иэлектропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.
· Металл серебристо-белого цвета, лёгкий;
· плотность - 2,7 г/смі;
· температура плавления у технического алюминия - 658°C, у алюминия высокой чистоты - 660°;
· удельная теплота плавления - 390 кДж/кг;
· Алюминий обладает высокой электропроводностью (37·106 См/м) и теплопроводностью (203,5 Вт/ (м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью.
Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).
Дюралюминий - товарный знак одного из первых упрочняемых термообработкой и последующим старением алюминиевых сплавов. Основными легирующими элементами являются: медь (4,5 % массы), магний (1,5%) и марганец (0,5%), остальное - алюминий.
Плотность сплава 2500-2800 кг/мі, температура плавления около 650 °C. После отжига (нагрева до температуры около 500°C и охлаждения) становится мягким и гибким (как алюминий). После старения (естественного - при 20°C - несколько суток, искусственного - при повышенной температуре - несколько часов) становится твёрдым и жёстким. Недостаток дуралюминов - низкая коррозионная стойкость
Дюралюминий - основной конструкционный материал в авиации и космонавтике, а также в других областях машиностроения с высокими требованиями к весовой отдаче.
Силумин - сплав алюминия с кремнием. Химический состав - 4-22 % Si, основа - Al, незначительное количество примесей Fe, Cu,Mn, Ca, Ti, Zn, и некоторых других. Плотность силуминовых сплавов от 2,5 до 2,94 г/см3 По сравнению с алюминием обладают большей прочностью и износоустойчивостью, но уступают в этом дюралям - сплавам алюминия с медью. В отличие от дюралюминия, силумины устойчивы к коррозии во влажной атмосфере и морской воде, в слабокислой и щелочной среде. Применяются для литья деталей в авто-, мото - и авиастроении (напр. картеров, блоков цилиндров, поршней), и для производства бытовой техники (теплообменников, мясорубок), в скульптурной технике.
3. Титан и его сплавы
Титан - лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета. Температура плавления 1660±20°C. Титан имеет твердость по Бринеллю 175 МПа. Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок. При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей плёнкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной). Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400°C. Титановая стружка пожароопасна.
В настоящее время титан широко используется в ракетно-космической технике, в судостроении и транспортном машиностроении, где особенно важную роль играют малая плотность в сочетании с высокой прочностью и сопротивляемостью коррозии. Из сплавов титана делают обшивку фюзеляжа и крыльев сверхскоростных самолетов, панели и шпангоуты ракет, диски и лопатки турбин.
Нитинол - сплав титана и никеля, обладающий высокой коррозионной и эрозионной стойкостью, имеет хорошие литейные свойства - высокую жидкотекучесть, плотность отливок и малую склонность к образованию горячих трещин. Процентное содержание титана - 45 %, никеля - 55 % Материал находит применение в медицине, в частности, для лечения пациентов с заболеваниями и травмами опорно-двигательного аппарата - воронкообразная деформация грудной клетки ("грудь сапожника"), переломы позвонков.
Твёрдые сплавы - твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900-1150°C. В основном изготовляются из высокотвёрдых и тугоплавких материалов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома, связанные кобальтовой металлической связкой, при различном содержании кобальта или никеля.
По химическому составу твёрдые сплавы классифицируют:
· вольфрамокобальтовые твёрдые сплавы (ВК);
· титановольфрамокобальтовые твёрдые сплавы (ТК);
· титанотанталовольфрамокобальтовые твёрдые сплавы (ТТК).
Твёрдые сплавы в настоящее время являются распространенным инструментальным материалом, широко применяемым в инструментальной промышленности. За счет наличия в структуре тугоплавких карбидов твёрдосплавный инструмент обладает высокой твёрдостью HRA 80-92 (HRC 73-76), теплостойкостью (800-1000°C), поэтому ими можно работать со скоростями, в несколько раз превышающими скорости резания для быстрорежущих сталей.
Неметаллические материалы
К неметаллическим материалам относят пластмассы, керамику, резину. Недостатком этих материалов являются низкая плотность, тепло - и износостойкость.
Таким образом, из рассмотренных ранее классов материалов, больше всего нам подходят стали.
1.5 Уточнение химического состава
Таблица 2
Химический состав и некоторые свойства выбранных марок материала
|
Марка материала |
Название |
Характеристика, состав,% |
Механические свойства |
Термическая обработка |
Область применения |
||
|
Предел прочности, мПа |
Твердость |
||||||
|
Х12 |
Высоко хромистая сталь |
С: 1 Cr: 11.5-13 |
При раст. 800 |
61-64HRC |
Закалка 950-1000°С в масле, отпуск 180-200°С |
Для изготовления накатных роликов, глазков для калибрования металла; матриц, вырубных штампов; пуансонов и матриц холодного выдавливания, эксплуатируемых с рабочими давлениями до 1400-1600 мПа |
|
|
40Х |
Конструкционная углеродистая сталь |
С: 0,95-1,04 Si: 0,17-0,35 Mn: 0,5-0,8 |
600 |
60-62 HRC |
Закалка 850°С, отпуск 550°С. |
Вал-шестерни, шестерни, цилиндры, кулачки и другие детали, от которых требуется повышенная прочность. |
|
|
20х13 |
Жаропрочная высоколегированная сталь |
C: 0,16-0,25 Cr: 12-14 Mn: <0,8 P: <0,030 S: <0,025 Si: <0,8 |
630 |
30-35 HRC |
Закалка 1000-1050°С, отпуск 660-770°С |
Турбинные лопатки, болты, гайки, арматура крекинг-установок, работающих при температурах до 500 град. |
Таблица 3.
Особенности требуемых свойств выбранных марок материалов.
|
Марка/свойства |
Х12 |
40Х |
20х14 |
|
|
Прочность |
Очень высокая |
Высокая |
Высокая |
|
|
Твердость |
Высокая |
Высокая |
Низкая |
|
|
Жаропрочность |
Средняя 400-500 |
Средняя 400-450 |
Очень высокая 780-950 |
|
|
Коррозийная стойкость |
Удовлетворительная |
Хорошая |
Хорошая |
|
|
Жидкотекучесть |
Средняя |
Высокая |
Средняя |
|
|
Износостойкость |
Высокая |
Высокая |
Высокая |
|
|
Стоимость |
Средняя |
Высокая |
Средняя |
|
|
Термическая обработка |
Простая |
Простая |
Простая |
|
|
Прокаливаемость |
Высокая 150-200мм |
Средняя |
Средняя |
|
|
Закаливаемость |
Высокая |
Высокая |
Высокая |
Таким образом, на основе свойств, выбранных марок материала, мы видим, что наиболее подходящим материалом для изготовления винтов для домкрата является конструкционная углеродистая сталь 40Х. Он соответствует всем необходимым требованиям: обладает очень высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, закаливаемостью, хорошей коррозийной устойчивостью, хорошими литейными свойствами, средней стоимостью.
Заключение
В данной работе я постарался на основе изученного курса материаловедения выбрать оптимальный материал для изготовления винтов для домкрата. При этом я проанализировал условия работы, определял вещества, которыми должен обладать материал, его химический состав и термическую обработку, то есть приобретал практические навыки использования своих знаний и литературы, справочников, ГОСТов и таблиц.
При выполнении данной курсовой работы я углубил свои знания, учился пользоваться ими при решении конкретных инженерных задач. Данная работа поспособствовала повышению интереса к самостоятельному, творческому выполнению, решению задачи с учетом конструктивности технологичности выбираемого материала.
Список литературы
1. Богодухов С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: Учеб. пособие для ВУЗов, обуч. по направлению подгот. бакалавров "Технология, оборуд. и автомат. машиностр. пр-в" и спец. "Технология машиностроения", "Металлорежущие станки и инструменты" и др. / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк, А.В. Синюхин. - М.: Машиностроение, 2003. - 255с.: ил.
2. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов электротехнических и электромеханических спец. ВУЗов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. - М. Высшая школа, 2004. - 518с.: ил. \
3. Методические указания к проведению лабораторных работ по материаловедению Архангельск Министерство образования и науки Российской Федерации Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова Институт энергетики и транспорта 2013 г.
4. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Учебник для ВУЗов / Ю.П. Солнцев, В.А. Веселов, В.П. Демьянцевич, А.В. Кузин, Д.И. Чашников. - 2-е изд., перер., доп. - М. МИСИС, 1996. - 576с.
5. Материаловедение и технология металлов: Учебник для ВУЗов по машиностроительным специальностям / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. - М.: Высшая школа, 2000. - 637с.: ил.
6. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для студентов ВУЗов, обуч. по напр. "Электротехника, электромеханика и электротехнологии" / А.В. Шишкин и др.; под ред.В.С. Чередниченко. - 3-е изд., стер. - М.: ОМЕГА-Л, 2007. - 751с.: ил. (Высшее техническое образование). - (Учебное пособие)
7. Материаловедение: Учебник для ВУЗов, обучающих по направлению подготовки и специализации в области техники и технологии / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. - 5-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 646с.: ил.
8. Технология конструкционных материалов. Учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов в 4 ч. Под ред.Д.М. Соколова, С.А. Васина, Г. Г Дубенского. - Тула. Изд-во ТулГУ. - 2007.
9. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных ВУЗов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 5-е изд., испр. - М. Машиностроение, 2003. - 511с.: ил.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Проектировочный расчет винта домкрата, расчет напряжения кручения в опасном сечении. Величина критической силы винта. Определение внешнего диаметра гайки домкрата, расчетная схема. Расчет длины и диаметра рукоятки, фактическое напряжение изгиба.
контрольная работа [723,3 K], добавлен 16.02.2012Этапы проектировочного расчёта винта. Анализ схемы для расчета винта на износостойкость. Основные особенности проверки обеспечения прочности и устойчивости винта принятыми размерами. Приведение расчета винт-гайки. Рассмотрение параметров резьбы винта.
контрольная работа [384,4 K], добавлен 27.08.2012Винтовой домкрат, который используется на монтаже для подъема тяжелых конструкций на небольшую высоту. Состав винтового домкрата: винт, гайка, корпус, прижим (пята), основание и маховик. Выбор типа резьбы и материала. Обеспечение самоторможения механизма.
курсовая работа [277,1 K], добавлен 06.12.2009Составление и анализ структурной схемы домкрата. Определение формы и линейных размеров винта. Конструирование гаек винтовых устройств, их форма, материалы для изготовления и определение размеров. Конструирование чашки, рукояток, корпуса домкрата.
курсовая работа [868,8 K], добавлен 06.02.2016Определение размеров винта и гайки. Проверка соблюдения условия самоторможения. Конструирование дополнительных элементов передачи винт-гайка. Выбор размеров поперечного сечения ключа. Расчет тисы для закрепления деталей на столе фрезерного станка.
контрольная работа [333,8 K], добавлен 26.10.2012Расчет передачи винта гайки скольжения. Определение числа витков резьбы гайки. Расчет тела гайки на прочность, а также выбор подшипника. Проверка стержня винта на прочность по приведенным напряжениям. КПД резьбы скольжения. Расчет проушины и штифтов.
курсовая работа [150,8 K], добавлен 25.02.2012Основные сведения о конструкции винтового механизма, принцип его работы. Проектный расчет винта по износостойкости, на статическую прочность и устойчивость. Определение посадочного диаметра гайки и размеров рукоятки. Оценка КПД винтового механизма.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 07.08.2013Проектирование винтового механизма для самолетного ремкомплекта. Назначение передач винт-гайка, их значение во вращательных механизмах. Устройство винтового съемника, схема захвата подшипника. Расчёт винта, гайки и пяты скольжения, проверка их прочности.
курсовая работа [411,1 K], добавлен 05.02.2012Проверочный расчет винта на статическую прочность и устойчивость. Определение внешнего диаметра гайки. Расчетная схема гайки. Определение диаметра бурта гайки. Расчет размеров рукоятки. Расчет длины и диаметра рукоятки. Расчетная схема рукоятки.
практическая работа [182,4 K], добавлен 25.10.2009Плоскость вращения втулки несущего винта. Определение момента сопротивления вращения несущего винта и мощности потребной для создания заданной тяги. Расчет диаметра зоны обратного обтекания. Определение суммарной осевой скорости движения несущего винта.
реферат [11,2 K], добавлен 07.12.2009
