Содержание
Механические характеристики электропривода и рабочего механизма
Важнейшим параметром,
определяющим режим работы двигателя,
является развиваемый им момент М.
Момент двигателя зависит от его скорости,
в то же время скорость двигателя
изменяется с изменением нагрузки
(момента сопротивления МС)
на его валу. Взаимосвязь момента двигателя
и его скорости определяет механические
характеристики электродвигателя
(электропривода)
или.
Для электродвигателя поступательного
движения механическая характеристика
выражает зависимость линейной скорости
от усилия.
Момент сопротивления
МС,
создаваемый на рабочем органе машины,
также может являться функцией скорости.
Зависимость момента сопротивления,
приведенного к скорости вала двигателя,
является механической характеристикой
рабочего механизма. Для поступательного
движения эта зависимость имеет вид:.
Механические
характеристики изображаются в поле
осей координат ω
и М.
Оси координат
разделяют поле на 4 квадранта (рис.3.2). В
первом квадранте изображаются механические
характеристики двигателя при работе в
двигательном режиме; во втором – при
работе в тормозных режимах. В третьем
квадранте будут размещаться механические
характеристики двигателя при работе в
двигательном режиме с противоположным
(-ω)
направлением скорости вращения. В
четвертом квадранте – механические
характеристики двигателя при работе в
тормозном режиме с отрицательным
направлением скорости вращения (в том
числе и в режиме противовключения с
протягивающим грузом). Обычно пользуются
представлением механических характеристик
в первых
двух квадрантах.
Основным параметром,
определяющим вид механической
характеристики, является ее жесткость
(рис.3.3)
.
(3.1)
Если
механическая характеристика прямо-линейна,
то ее жесткость постоянна и равна
тангенсу угла наклона характеристи-ки
к оси ординат; если характеристика
криво-линейна, то жесткость определяется
танген-сом угла наклона касательной к
механической характерис-тике в данной
точке.
Как правило, жесткость механической
харак-теристики двигателей отрицательна.
Жесткость характеризует способность
двигателя воспринимать приложение
нагрузки (момента) на его валу. Из (3.1)
следует, что
.
Если при приложении
нагрузки
скоростьуменьшается незначительно, то механическая
характеристика считается жесткой. Если
при том же значении прикладываемой
нагрузки скорость изменяется значительно,
то такую характеристику называют мягкой.
На рис.3.4 показаны
естественные механические характеристики
основных видов электродвигателей
вращательного движения:
1 – двигателя
постоянного тока независимого возбуждения;
его механическая характеристика имеет
высокую жесткость, постоянную во всех
точках;
2 – двигателя
постоянного тока последовательного
возбуждения; жесткость его механической
характеристики не постоянна, она мала
при малых нагрузках и повышается по
мере возрастания момента;
3 – асинхронного
двигателя; его механическая характеристика
имеет две явно выраженные части: рабочую
— с высокой постоянной отрицательной
жесткостью и криволинейную часть с
переменной положительной жесткостью;
вторая часть характеристики используется
только во время пуска двигателя;
4 – синхронного
двигателя; он имеет абсолютно жесткую
механическую характеристику, параллельную
оси абсцисс.
Приведенные на
рис.3.4 характеристики называют
естественными механическими
характеристиками. Такие характеристики
соответствуют типовой схеме их включения,
номинальному напряжению и частоте
питания и отсутствию в цепях обмоток
двигателя дополнительных элементов.
Искусственные
(или регулировочные) механические
характеристики получаются, когда с
целью регулирования изменяются параметры
питающего напряжения или в цепи обмоток
вводятся дополнительные элементы
(активные или индуктивные сопротивления,
полупроводниковые вентили и др.).
Зависимость момента
сопротивления на валу рабочей машины
от скорости
(Мс
и ω
приведены к скорости вала двигателя)
называют механической характеристикой
рабочей машины. Ее отображают обычно в
I
квадранте координатного поля М-ω.
На
рис.3.5 показаны меха-нические характеристики
не-которых рабочих машин. Характеристика
1 соответ-ствует машинам с рабочим
органом резания; если тол-щина снимаемого
резцом слоя постоянна, то момент
сопротивления такой маши-ны не зависит
от скорости.
Характеристика 2 отвечает
условиям работы машин, где момент
сопротивления опре-деляется, главным
образом, силами трения (транспорте-ры,
конвейеры и др. ма-шины). В этом случае
момент сопротивления также не зависит
от скорости механизма, однако, при пуске
механизма момент, создаваемый силами
трения покоя может существенно превышать
момент сил трения при движении.
Характеристика 3
относится к грузоподъемным механизмам,
где момент сопротивления движению
создается, главным образом, силой
тяжести. Особенностью данной характеристики
является то, что момент при подъеме
груза несколько превышает момент
сопротивления при спуске груза
(характеристика 3), что связано с учетом
механических потерь в передачах.
Для турбомеханизмов
(центробежных и осевых насосов,
вентиляторов и компрессоров) момент на
валу механизма существенно зависит от
скорости – характеристика 4. Для
вентиляторов эта зависимость носит
квадратичный характер
;
в общем случае для турбомеханизмов эта
зависимость аппроксимируется выражением.
Характеристикой,
близкой к гиперболе
,
обладают намоточные устройства и другие
машины, для которых технологически
необходима работа с постоянством
мощности.
Отметим, что моменты
на валу рабочей машины, определяемые
ее механической характеристикой, не
учитывают динамической составляющей
момента, которая возникает при изменении
скорости двигателя
.
Механические характеристики электродвигателей
Дата Автор Electrician2 комментарияПросмотров: 16 772
Правильный выбор электродвигателя для производственного механизма – залог его нормальной и экономичной работы. Если электродвигатель подобран правильно, это упростит систему управления электроприводом и возможно удешевит стоимость электропривода. Как известно электропривод должен обеспечивать не только постоянство установившихся значений (скорость, момент), но и динамических (переходных процессов, таких как ускорение, тормозной момент, пусковой момент и т.
д.).
Основным критерием для подбора электродвигателей используют зависимость, на которой отображают значение момента М электродвигателя и скорости вращения вала n при действии этого момента. Такая зависимость имеет название механическая характеристика n=f(M). По механическим характеристикам производят анализ электромеханических свойств двигателя, а также оценивают целесообразность применения его для различного рода механизмов и устройств. Они могут быть двух видов: естественные и искусственные.
Естественные механические характеристики: они снимаются при влиянии на двигатель номинальных параметров (номинальный ток, сопротивление обмоток, напряжение, момент сопротивления и т.д.). То есть двигатель подключается к источнику питания без каких-либо преобразовательных устройств – прямым включением.
Искусственные механические характеристики: их снимают при введении в цепь двигателя дополнительных элементов (резистор добавочный) или при пониженном напряжении питания, частоте (если двигатель переменного напряжения) и т.
д. То есть на механическую характеристику двигателя производят искусственное влияние.
Также различают механические характеристики по изменению скорости вращения вала в зависимости от увеличения момента. Они оцениваются по жесткости:
и крутизне наклона:
Чтоб определить жесткость механической характеристики необходимо знать изменение скорости и момента на заданном участке зависимости n=f(M). Соответственно все расчеты жесткости ведутся либо в процентах, либо в относительных единицах.
Также механические характеристики можно отсортировать по группам:
- Абсолютно жесткая – при изменении момента нагрузки, скорость вращения вала остается неизменной. Как пример – характеристика синхронной машины.
- Жесткая – когда скорость уменьшается немного при увеличении момента нагрузки. Как пример, двигатели постоянного тока независимого возбуждения ДПТ НВ или линейная часть характеристики асинхронного двигателя.
- Мягкая – при увеличении момента нагрузки изменения в скорости вращения довольно существенные.
К таким относят двигатели постоянного тока последовательного возбуждения ДПТ ПВ.
К таким относят двигатели постоянного тока последовательного возбуждения ДПТ ПВ.Ниже приведен график различных механических характеристик электродвигателей:
- – это абсолютно жесткая синхронной машины
- – жесткая ДПТ НВ
- — мягкая ДПТ ПВ
- – мягкая ДПТ смешанного возбуждения
- – асинхронного двигателя
Подбор электродвигателя определяется требованиями производственных механизмов. В таком производстве как прокатка металла, изготовление бумаги или картона, требуется четкое поддержание постоянства скорости, а такие механизмы, как подъемные и транспортные, не требуют жестких характеристик (в тяговых электроприводах используется ДПТ ПВ, также он применяется в некоторых крановых механизмах).
Posted in Электропривод
Обновление основ машиностроения: прочность, жесткость и твердость
Время чтения: 11 мин.
Понимание различий между механическими свойствами прочности, жесткости и твердости является основополагающим в машиностроении, однако эти свойства часто путают.
Эти свойства связаны между собой, но имеют важные отличия:
- Жесткость — это показатель тенденции элемента возвращаться в свою первоначальную форму после воздействия силы.
- Прочность измеряет, какое напряжение может быть приложено к элементу до того, как он необратимо деформируется или сломается.
- Твердость измеряет сопротивление материала поверхностной деформации. Для некоторых металлов, таких как сталь, твердость и предел прочности при растяжении примерно пропорциональны (см. ASTM A 370-68 Steel Tables).
В этой статье мы рассмотрим основы каждого из них, выявим распространенные ловушки, различающие механическую прочность, жесткость и твердость, изучим технические различия между тремя и обсудим их значение при выборе материалов для разработки продукта.
Особенно легко спутать прочность и жесткость. Если материал жесткий, то он должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать большую нагрузку, верно? Так разве сила и жесткость не одно и то же? Нет! Материал может быть прочным и эластичным или прочным и жестким (см.
раздел «Осевая нагрузка на прямой элемент»), но прочность и жесткость — это два разных качества — существует много типов прочности материала, включая предел прочности при растяжении и предел текучести.
Ключевые определения
- Предел текучести используется для описания материалов, демонстрирующих упругие свойства. Это максимальное растягивающее напряжение, которое материал может выдержать до остаточной деформации.
- Предел прочности относится к максимальному напряжению до того, как произойдет разрушение.
- Прочность на излом — это значение, соответствующее напряжению, при котором происходит полное разрушение.
- Жесткость показывает, насколько компонент сопротивляется упругой деформации при приложении нагрузки.
- Твердость — это сопротивление локальной деформации поверхности.
Прочность на растяжение можно рассчитать по твердости, и ее легко определить, поскольку испытания на твердость, такие как Роквелл, просты в выполнении, недороги и неразрушающие, поскольку на образце выполняется лишь небольшое проникновение.
Для многих металлов предел прочности при растяжении увеличивается с увеличением твердости.
Модуль Юнга
Кривая напряжения-деформации модуля Юнга является отличным справочным инструментом для понимания взаимосвязи между жесткостью и прочностью. Модуль Юнга (он же модуль упругости, модуль сдвига или объемный модуль) определяет способность материала сопротивляться упругой деформации в условиях нагрузки и представляет собой отношение нормального напряжения к нормальной деформации. Проще говоря, это говорит нам о том, насколько легко материал может растягиваться и деформироваться.
Жесткость
Жесткость – это способность материала возвращаться в исходную форму после воздействия силы. Прочность — это то, какое напряжение может быть приложено к материалу, прежде чем он начнет пластическую деформацию или разрушение. Жесткость и модуль упругости связаны: с увеличением модуля упругости увеличивается и жесткость материала.
Поскольку жесткость и прочность связаны с модулем упругости материала, вы можете найти модуль упругости в справочном справочнике по свойствам материалов, чтобы определить прочность и/или жесткость данного материала.
Жесткость материала можно количественно определить по наклону кривой напряжения-деформации, как показано на графике ниже. Существует множество типов жесткости, которые следует учитывать в зависимости от области применения, в том числе: жесткость на растяжение/сжатие, отношение осевой силы, осевая линейная деформация (EA), жесткость на кручение, жесткость на изгиб, жесткость балки, жесткость пружины и жесткость на сдвиг. В общих чертах, жесткость материала рассчитывается по следующему уравнению:
жесткость =
Сила
смещение
Показанная выше кривая упругости модуля Юнга является хорошим способом графической демонстрации жесткости. Отношение напряжения к деформации представляет собой модуль упругости (жесткость), но то, как материал реагирует на напряжение, и только напряжение, определяет прочность материала.
Совет: Ознакомьтесь с разделом «Как рассчитать жесткость детали с помощью геометрического подхода», чтобы глубже изучить жесткость и ее связь с геометрией детали.
Прочность
Прочность измеряет, какое напряжение может выдержать материал, прежде чем произойдет остаточная деформация или разрушение. И прочность на растяжение, и твердость являются показателями сопротивления металла пластической деформации. Существует несколько типов прочности, которые стоит учитывать в зависимости от вашего применения, включая предел прочности при растяжении и предел текучести. Предел прочности на растяжение — это максимальное напряжение, которое может выдержать материал, прежде чем он выйдет из строя или сломается (что является точкой отказа на графике выше). Предел текучести — это максимальное напряжение, которое материал может выдержать до того, как произойдет пластическая деформация (это предел текучести на графике выше). Простые кривые напряжение-деформация, иллюстрирующие жесткое и нежесткое поведение.
Кривые A и B соответствуют более жестким материалам, тогда как кривая C представляет нежесткий (пластичный) материал. (Источник изображения)
Совет: если вам нужна дополнительная информация о том, как материалы реагируют на напряжение и как определить прочность материалов, ознакомьтесь с Теория прочности .
Твердость
Твердость — это мера способности материала выдерживать пластическую деформацию или сопротивление материала проникновению остроконечного инструмента. Это критическая характеристика, которую следует учитывать в приложениях, где два материала соприкасаются друг с другом — более твердый материал царапает или вызывает пластическую деформацию другого материала. Твердость зависит от пластичности, пластичности, деформации, прочности, ударной вязкости, вязкости и вязкоупругости. Это важная мера при рассмотрении износостойкости (стойкость к истиранию или эрозии детали), поскольку более твердые материалы обычно имеют более высокую износостойкость.
Проверка твердости выполняется путем опускания зонда с твердым (обычно алмазным) наконечником на материал с заданным усилием и измерения величины вмятины, которую производит зонд (индентор) (глубина пластической деформации). Твердомеры также работают, измеряя размер отпечатка, оставленного индентором.
Понимание напряжения и деформации
Напряжение — это внутренняя сила, возникающая в результате приложенной нагрузки; он действует на поперечное сечение механического или структурного компонента. Деформация – это изменение формы или размера тела (деформация), возникающее при приложении силы. Существует два типа деформации, которые соответствуют двум типам напряжения:
- Нормальная деформация : деформации, происходящие перпендикулярно поперечному сечению; нормальная деформация вызвана нормальным напряжением
- Деформация сдвига : деформации, происходящие параллельно поперечному сечению; деформация сдвига вызвана напряжением сдвига
Вверху слева: осевая нагрузка, вызывающая растяжение или сжатие.
Вверху справа: касательное напряжение внутри стержня. Внизу слева: напряжение кручения вокруг круглого поперечного сечения. Внизу справа: напряжение изгиба, вызванное моментом.
Примеры: сила и жесткость Используйте следующие примеры и загружаемый калькулятор в качестве мыслительных упражнений, чтобы углубить свое понимание концепций жесткости и прочности.
Прогиб балки
На изображении ниже представлен анализ методом конечных элементов (МКЭ) балки, находящейся под нагрузкой. Реакцией балки на нагрузку является отклонение в результате внутреннего напряжения изгиба и сдвига. Если внутренние напряжения превышают предел текучести материала балки, то вам нужен материал с более высоким значением модуля Юнга — материал с более высокой жесткостью (для сопротивления деформации), а также с более высоким пределом текучести (для предотвращения остаточной деформации и возможного разрушения).
Конечно-элементный анализ отклонения балки.
Калькулятор момента инерции площади
Если вы ищете простой способ расчета момента инерции площади для круглой трубы, сплошной трубы или прямоугольной балки или для расчета прогиба и жесткости консольной балки — вам можно использовать наш Калькулятор момента инерции площади. Этот инструмент также позволяет экспериментировать с геометрией, чтобы понять, как форма поперечного сечения детали влияет на жесткость и прогиб.
Скачать бесплатный калькулятор
Осевая нагрузка на прямой стержень – жесткость
Чтобы лучше понять жесткость, давайте рассмотрим металлический стержень при растяжении, на который действует осевая нагрузка (изгибающий момент). Внутренние напряжения вызывают деформацию на 1% от первоначальной длины металла, когда он разрушается под нагрузкой 100 фунтов силы.
Далее рассмотрим резиноподобный полимер в форме стержня, который подвергается действию той же силы, но деформируется на 5% от своей первоначальной длины и ломается при нагрузке 100 фунтов силы.
Оба материала одинаково прочны, но металл жестче полимера, а это означает, что он меньше прогибается при одинаковых заданных условиях нагрузки. Это мысленное упражнение — отличный способ показать, что по мере увеличения жесткости величина деформации для данной нагрузки уменьшается.
Испытание на прочность при растяжении.
Термическое напряжение
Термическое напряжение также влияет на деформационную реакцию компонента, который уже подвергается воздействию некоторой силы — термическое напряжение влияет на прочность материалов. Рассмотрим случай стержня с приложенной к нему силой, которая также подвергается воздействию перепада температур, вызывающего температурный градиент внутри элемента и, следовательно, термическое напряжение; термическое напряжение вызывает дополнительную деформацию к деформации, уже вызванной действующими на нее силами. Например, металлы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении, что создает нагрузку на материал, а в сочетании с любым внешним напряжением от нагрузки металл разрушается быстрее.
Вот метод расчета термического напряжения:
𝜎 = 𝐸𝛼Δ𝑇
𝜎 = e𝛼ΔT
𝜎 = тепловое напряжение
, где α = коэффициент теплового расширения
ΔT = разница в начальной температуре и конечной температуре
E = Модуль молоды напряжение зависит от модуля Юнга или жесткости материала. Расчет термического напряжения дает представление о том, какие значения жесткости и прочности подходят для вашей конструкции (при условии, что разница температур не настолько велика, чтобы изменить микроскопические свойства материала). Узнайте больше об использовании тепловых свойств для выбора материала в этой статье «Выбор материала теплообменника».
Получение данных о механических свойствах
Если вам нужны данные о механических (или тепловых, или электрических) свойствах данного материала, вы можете получить их в Американском обществе по испытанию материалов (ASTM) или проконсультировавшись сайт производителя материала. Как правило, доступные значения данных варьируются от жесткости материала и механической прочности до твердости и прочности на растяжение.
MatWeb — особенно полезный ресурс с точными данными, которые можно быстро получить.
Профессиональный совет: Если вы не знакомы с техническими описаниями материалов для получения данных о механических свойствах, ознакомьтесь с этим ресурсом «Как читать технические описания материалов».
Передовой опыт расчета прочности, жесткости и твердости На ранних этапах проектирования, например, при построении модели САПР (подробнее о терминах проектирования САПР см. в этой статье), определите, какие компоненты будут иметь решающее значение для вашего проекта, т. е. какие из них будут подвергаться ударным нагрузкам, равномерные нагрузки, сосредоточенные нагрузки, постоянные нагрузки и т. д. Это дает вам представление о жесткости или прочности, необходимой для этих компонентов. Также рекомендуется разрабатывать графические представления сложных динамических систем с использованием графа связей или моделирования блок-схем, а также использовать программное обеспечение для моделирования сложных систем. 2. Определите силы, приложенные к каждому компоненту, и рассчитайте напряжение Затем рассчитайте ожидаемые напряжения на механических компонентах, чтобы определить, где могут возникнуть проблемы или где усилия велики. Измеряйте, как дизайн реагирует на различные входные данные, используя методы инструментирования, и выполняйте анализ данных, чтобы предсказать поведение вашей модели. Учитывайте переменные ползучести и усталости в подсистемах, а также те, которые связаны с окружающей средой, которой будет подвергаться ваша система. Чтобы освежить в памяти расчет напряжений, которым подвергаются спроектированные компоненты, я рекомендую обратиться к этой книге по проектированию машиностроения. 3. Рекомендации по выбору материалов Как обсуждалось ранее, каждый тип материала имеет свой собственный набор механических, тепловых и электрических свойств. Различные материалы оптимальны для различных областей применения. Например, керамика обычно хрупкая, а это означает, что перед разрушением практически не происходит деформации. Если вы ищете ресурс по выбору наилучшего материала для станков с ЧПУ перед лицом конкурирующих требований, ознакомьтесь с этим ресурсом «Ваше руководство по выбору лучших материалов для станков с ЧПУ». Рис. 7. Пластичность и хрупкость Процесс разрушения пластичных металлов обычно происходит в несколько стадий (пластичность и хрупкость полимеров зависят от температуры). Для сырья определите, какие производственные процессы обеспечат вам желаемые свойства материала. Испытания материалов должны соответствовать стандартам ASTM, поэтому для получения достоверных данных о материалах обращайтесь к инженерным справочникам. Кроме того, материалы следует выбирать с учетом условий окружающей среды, которым будут подвергаться компоненты. 4. Проверка проектов перед прототипированием Оптимизация и проверка проекта должны выполняться до создания прототипа проекта, а программное обеспечение САПР может оценить и оптимизировать геометрию вашего проекта. Анализ FEA и численный анализ — хорошая идея, и, когда это возможно, дважды проверьте свой анализ с помощью ручных расчетов, прежде чем начинать прототипирование, чтобы сэкономить время и деньги. При оптимизации конструкции перед ее производством также важно учитывать технологичность (DFM). Даже самые умные конструкции потерпят неудачу, если не будут учитывать ограничения методов производства. Вот почему Fictiv предлагает мгновенную обратную связь DFM для каждого дизайна, загруженного на нашу платформу. Основные выводы Правильное понимание и применение жесткости, прочности и других механических свойств в процессе проектирования имеет решающее значение для создания высококачественных продуктов. Четкое понимание предполагаемого использования продукта является ключом к выбору подходящих материалов, которые являются экономически эффективными, безопасными и имеют необходимую структурную целостность для достижения желаемых характеристик. Вот несколько моментов, которые следует учитывать при выборе материалов: Предельная прочность на растяжение Sourcing Simplified Если вы ищете материалы с нужной прочностью, жесткостью и твердостью для своего следующего проекта, Fictiv может вам помочь! Будь то обработка с ЧПУ, литье под давлением, 3D-печать или литье уретана, Fictiv — это ваша операционная система для нестандартных механических деталей. Создайте учетную запись и загрузите свой дизайн сегодня, чтобы увидеть, что может сделать для вас наш процесс мгновенного расчета, обратная связь DFM и интеллектуальная платформа Fictiv — мы доставляем сложные детали с невероятной скоростью! Для получения дополнительной информации ознакомьтесь со следующими ресурсами Fictiv: Вебинар Прочность и жесткость материала являются двумя важными свойствами, которые необходимо учитывать при оценке продукции. Часто люди путают эти свойства за одно и то же. Многие люди также путают оба понятия с твердостью материалов. Однако между ними существует ряд различий. Поэтому очень важно понимать эти различия при выборе материала для различных целей. В этой статье объясняется разница между прочностью и жесткостью и их техническими свойствами. В нем также содержатся советы по созданию идеальных конструкций с использованием жестких и прочных материалов. Давайте погрузимся прямо в! Жесткость и прочность Жесткость и прочность тесно связаны. Таким образом, они легко путают термины, когда дело доходит до инженерии. Их использование в обычной речи мешает большинству людей понять их различие. Что такое сила? Прочность — это мера нагрузки, которую материал может выдержать без разрушения. Это способность материала выдерживать максимальную нагрузку до того, как он сломается или окончательно деформируется. Когда материал деформируется, он меняет форму в ответ на приложенную силу. Следовательно, прочность относится к способности материала воспринимать силу без разрушения. Это общая мера способности материала выдерживать приложенную к нему нагрузку до достижения точки остаточной деформации. Инженеры часто связывают значение, известное как предел текучести «σy», с прочностью. Это помогает установить разницу между прочностью и жесткостью. Прочность материала определяется его химическим составом и термической обработкой. Типы прочности Существуют различные типы и меры прочности, которые необходимо проверять при оценке материалов. Прочность на растяжение Это максимальное растяжение или растяжение, которое может выдержать материал, прежде чем он станет необратимо поврежденным. Прочность на растяжение, по сути, является мерой того, насколько материал может сопротивляться. Это полезная точка отсчета того, как детали будут работать в приложениях. Существует три основных типа прочности на растяжение, в том числе: Прочность на удар Ударная вязкость является мерой количества удара или приложенной силы, которую материал может выдержать до деформации. Прочность на сжатие Как следует из названия, прочность на сжатие — это максимальный уровень сжатия или давления, который может выдержать материал. Измеряется с помощью универсальной испытательной машины. Эта машина прикладывает большую нагрузку к материалу. Предел текучести в сравнении с предельной прочностью Как следует из названия, предел текучести — это максимальная нагрузка, которую может выдержать материал, прежде чем он начнет поддаваться деформации и необратимо деформироваться. В этот момент материал деформируется при приложении наибольшей силы для достижения предела текучести. С другой стороны, предел прочности при растяжении относится к максимальному напряжению, которое материал может выдержать при растяжении. Однако и предел текучести, и предел прочности при растяжении являются показателями способности материала сопротивляться деформации. Что такое жесткость материала? Жесткость материала — это мера способности материала возвращаться в свою первоначальную форму после воздействия внешней силы. Это относится к способности материала противостоять внешним силам и при этом возвращаться к своей первоначальной форме. Эти силы включают изгиб, растяжение и другие формы деформации. Его также можно назвать жесткостью материала. Это его способность сопротивляться деформации. Жесткость тесно связана с упругими или гибкими материалами. Чем гибче материал, тем меньше жесткость. В общем, жесткость является общей мерой величины отклонения, вызванного нагрузкой на материал. Инженеры часто связывают значение, известное как модуль Юнга «Е», для жесткости. Знание свойств материалов важно для проектирования деталей. Если вам нужны предложения по выбору материала для создания высококачественных деталей, RapidDirect — ваш лучший партнер. Попробуйте RapidDirect прямо сейчас! Вся информация и загрузки защищены и конфиденциальны. Взаимосвязь между жесткостью и прочностью Когда дело доходит до жесткости и прочности, легко спутать вещи. Часто кажется логичным, что если материал жесткий, он достаточно прочен, чтобы выдерживать силу и выдерживать нагрузки, не ломаясь. Однако это не так, поскольку «сильнее» не обязательно означает «жестче». Прочность материала и его свойства жесткости не связаны напрямую. Это становится очевидным, когда эти материалы с различной жесткостью и прочностными свойствами подвергаются воздействию внешних сил. Свойства жесткого материала могут позволить ему вернуться к своей первоначальной форме после того, как он принял несколько форм, чтобы принять силу. С другой стороны, прочный материал не меняет своей формы. Он либо сопротивляется силе, либо постоянно деформируется, если сила превышает его предел прочности на растяжение. Это может сбить с толку простую логику, потому что устойчивость к физической деформации является ключевой частью определения как прочности, так и жесткости. Однако материал может легко сломаться, если он имеет низкую прочность. Если у него низкая жесткость, он может отклонять большую нагрузку. В чем разница между прочностью и жесткостью Материал? Прочность и жесткость — два физических свойства материала. Одно из основных различий между ними заключается в том, что жесткость — это способность объекта выдерживать нагрузку без разрушения. С другой стороны, прочность — это способность объекта сопротивляться деформации при приложении напряжения. Прочность измеряет напряжение или силу, приложенную к материалу до того, как он сломается (предел прочности) или необратимо деформируется (предел текучести). Прочный материал с меньшей жесткостью сломается, если приложенная сила превысит предел прочности при растяжении. Прочный материал не меняет своей формы. Если приложенная сила превышает его прочность, он просто ломается, полностью теряя первоначальную форму. Однако жесткий материал с меньшей прочностью будет прогибаться. Прогиб помогает ему приспособиться к действующей на него силе. Поэтому он может вернуться к своей первоначальной форме после прекращения действия силы. Передовой опыт проектирования на прочность и жесткость Жесткость и прочность представляет собой важную тему для рассмотрения в производстве. Вот четыре передовых метода, которые следует соблюдать до и во время процесса проектирования. 1. Расчет ожидаемого напряжения на каждом материале Чтобы определить, где могут возникнуть отклонения, необходимо определить ожидаемую силу, которая будет воздействовать на каждый материал. 2. Перед выбором провести испытания ряда материалов Материалы с известными механическими свойствами следует использовать для испытаний на прочность или жесткость при воздействии внешней силы. Такие материалы, как керамика, хрупкие. Они не проявляют никакой деформации перед разрушением. При приложении силы они быстро ломаются и необратимо деформируются. С другой стороны, металлы обладают пластичными и хрупкими свойствами. Если они пластичны, то перед разрушением они проявляют пластическую деформацию. Хрупкие альтернативы становятся необратимо деформированными при приложении силы за пределом их предела текучести 9. 3. Определите важные факторы в начале проектирования Важно определить факторы и компоненты, которые будут наиболее важными для вашего проекта. К таким факторам могут относиться равномерная и ударная нагрузки, а также постоянные и сосредоточенные нагрузки. Это особенно важно на начальном этапе проектирования при разработке проекта с помощью программного обеспечения САПР. Это поможет вам создать графическое представление этих компонентов с помощью моделирования блок-схем и графиков связей. Поэтому у вас будет намек на требуемую жесткость и прочность. 4. Подтверждение функциональности проекта перед созданием прототипа Вы можете проконсультироваться с инженерами для проверки вашего проекта. Они помогут вам провести технический анализ вашего проекта и при необходимости предоставить обзоры. Воспользуйтесь преимуществами анализа FEA, чтобы оптимизировать геометрию вашего проекта. Затем перед созданием прототипа убедитесь, что численные результаты синхронизированы.
Таким образом, трещины могут быстро распространяться с небольшой сопутствующей пластической деформацией. Напротив, металлы проявляют два режима реакции на приложенное напряжение: пластичность или хрупкость. Для пластичных материалов перед разрушением характерна пластическая деформация, а для хрупких — нет.
Химический состав материала определяет его способность противостоять условиям окружающей среды, таким как вода, растворы солей или даже химическая коррозия. Нержавеющая сталь, алюминий и титан являются хорошим выбором материалов, когда необходима устойчивость к воздействию окружающей среды. Имейте в виду, что твердость материала играет роль в определении того, может ли он противостоять абразивным средам, таким как условия пустыни. Как правило, ваш материал должен иметь более высокую твердость, чем абразивные материалы, с которыми он может соприкасаться, чтобы предотвратить потери материала.
Кроме того, проконсультируйтесь с другими инженерами для обзора.
Наши инженеры-эксперты помогут вам выбрать правильный материал для вашего применения и проведут вас через производственный процесс, чтобы вы получили отличные результаты. Жесткость и прочность: различия и ключевые факторы, на которые следует обратить внимание
Они играют главную роль в определении применения материалов для различных целей. Для некоторых применений требуются продукты, которые должны быть прочными и устойчивыми к изгибу. Такие изделия также должны уметь распределять нагрузку по необходимой площади.
Это также затрудняет их соответствующую классификацию. Хотя оба они подразумевают чувство сопротивления, жесткость отличается от силы довольно многими способами.
К ним относятся следующие:
Нагрузка, вызывающая удар, и предел прочности материала выражаются в виде энергии. Таким образом, ударная вязкость измеряет уровень энергии, которую материал может выдержать, прежде чем он деформируется.
Предел прочности на растяжение – это максимальное сопротивление материала приложенной силе. Это часто приводит к постоянному удлинению или растяжению материала.
Однако жесткость материала определяет, как материал изгибается, чтобы противостоять приложенной силе, возвращаясь к своей первоначальной форме после снятия силы.
Важно знать, как проверить жесткость материала. Вы можете сделать это, измерив, как предполагаемая конструкция реагирует на различные силы. Чтобы изучить это, вы можете использовать методы инструментирования для прогнозирования поведения модели и анализа полученных данных. Кроме того, вы должны отметить переменные ползучести и усталости в альтернативных системах, связанных с окружающей средой, которой будет подвергаться материал.
0003
