Гребной вал морского судна

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

[Введите текст]

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Механические и физические свойства материалов»

Тема: «Гребной вал морского судна»

Новосибирск

2013

Оглавление

Введение

1. Принцип работы гребного вала морского судна и материалы

1.1 Материалы для изготовления гребных валов

2. Факторы разрушения

3. Методика оценки технического состояния гребных валов

3.1 Измерения твердости по Бринеллю

3.2 Испытание на растяжение

3.3 Усталостные испытания

3.4 Коррозионная усталость

3.5 Динамические испытания на изгиб образцов с надрезом

Заключение

Список литературы

Введение

На судах, работающих в изменяющихся условиях, таких как буксиры или рыболовные суда (свободный ход, ход с тралом), движитель должен быть приспособлен к соответствующим условиям работы. К важнейшим составным частям судовых энергетических установок относятся элементы передачи мощности. Под этим понимаются все элементы, участвующие в передаче крутящего момента от коленчатого вала или ротора в турбинах к гребному винту. Типовая дизельная энергетическая установка с двумя среднеоборотными дизелями показана на (рисункок 1). Она включает в себя муфты, одноступенчатый редуктор, валопровод и гребной винт.

Рисунок 1 — Дизель-редукторная энергетическая установка со среднеоборотными дизелями: 1 -муфта; 2 -редуктор; 3 -валопровод; 4 -гребной винт

Гребной вал — это составляющая часть валопровода, которая непосред-ственно соединена с гребным винтом. От качества и надежности этих двух элементов пропульсивного комплекса судна зависит очень многое. Гребной вал является передаточным звеном между главным судовым двигателем и гребным винтом, который обеспечивает необходимую тягу.

При изготовлении гребных валов используются высокопрочные мате-риалы, такие, как углеродистая или легированная сталь. В области подшип-ников кронштейна и дейдвуда гребные валы оснащаются бронзовыми или латунными рубашками, которые насаживаются на валы в горячем состоянии. От коррозии и появление ржавчины используется специальное резиновое или эпоксидное покрытие. На больших судах длина гребного вала достигает

9−12 м, при этом используются промежуточные валы — они соединяются между собой, головным двигателем судна и гребным валом с помощью фланцев и муфт, увеличивая длину гребного вала на длинных судах. Изготовление промежуточных валов также требует высокой квалификации инженеров и применения особо прочных материалов.

1. Принцип работы гребного вала морского судна и материалы

Валопровод соединяет приводной двигатель с гребным винтом. Гребной вал, который в зависимости от расположения машинного отделения на судне может состоять из одной или нескольких соединенных через глухие муфты частей, должен передавать момент вращения двигателя на гребной винт. Гребной вал опирается на радиальные подшипники. Концевая часть проходит в уплотнительном сальнике, который предохраняет туннель гребного вала от попадания морской воды. На конусообразной концевой части гребного вала закреплен гребной винт (рисунок 2, а). Осевое давление, действующее со стороны гребного винта и передаваемое дальше через вал, воспринимается упорным подшипником. Принцип действия упорного подшипника изображен на (рисунок 2, б, в). Такой подшипник состоит из взаимодействующего с опорными поверхностями гребня давления; опорные поверхности залиты металлом. На переднем ходу функционирует одна поверхность гребня давления, на заднем — другая.

1. 1 Материалы для изготовления гребных валов

Высокопрочные стали марок 38ХМА и 36Х2Н2МФА

Для длинномерных судовых гребных валов со сквозным осевым отверстием и без него для морских судов любого назначения.

Преимущества данных сталей.

Расшифровка марок сталей (табл. 1, 2).

Таблица 1 — Химический состав в % материала 36Х2Н2МФА

С

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Mo

V

Cu

0,33 — 0,4

0,17 — 0,37

0,25 — 0,5

1,3 — 1,7

до 0,025

до 0,025

1,3 — 1,7

0,3 — 0,4

0,1 — 0. 18

до 0,3

а

б

в

Рисунок 2 — Валопровод: а — общий вид, б — упорный подшипник; в — принцип действия упорного подшипника, 1 — гребной вал; 2 — сальник; 3 -полуподшипник; 6 — переборочный сальник; 7 — муфта; 4 — промежуточный вал; 5 — опорный упорный подшипник; 8 -упорный вал

Материалы для изготовления гребных валов

Высокопрочные стали марок 38ХМА и 36Х2Н2МФА

Для длинномерных судовых гребных валов со сквозным осевым отверстием и без него для морских судов любого назначения.

Преимущества данных сталей.

Расшифровка марок сталей (табл. 1, 2).

Таблица 2 — Химический состав в % материала 36Х2Н2МФА

С

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Mo

V

Cu

0,33 — 0,4

0,17 — 0,37

0,25 — 0,5

1,3 — 1,7

до 0,025

до 0,025

1,3 — 1,7

0,3 — 0,4

0,1 — 0,18

до 0,3

Сталь высокопрочная экономнолегированая без никеля с высокими прочностными и вязкопластическими свойствами (табл. 3).

Таблица 3 — Химический состав в % материала 38ХМА

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Mo

Cu

0,35 — 0,42

0,17 — 0,37

0,35 — 0,65

до 0,3

до 0,025

до 0,025

0,9 — 1,3

0,2 — 0,3

до 0,3

Таблица 4 — Технические характеристики (не менее)

Марка стали

Категория прочности

у0,2, МПа

ув,

МПа

д5,

%

ш,

%

KCV (20),

Дж/см2

38ХМА

36

360

600

15

42

60

38ХМА

40

400

630

15

42

55

36Х2Н2МФА

50

500

700

15

42

55

36Х2Н2МФА

60

600

750

12

38

55

Высокопрочная сталь марки 38ХН3МФА

Для гребных валов атомных ледоколов, к которым предъявляются повышенные требования по уровню прочностных свойств.

Преимущества

Расшифровка стали (табл. 4).

Сталь с высокими прочностными свойствами, пластичностью, ударной вязкостью и хладостойкостью, соответствует (табл. 5).

Таблица 5 — Химический состав в % материала 38ХН3МФА

С

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Mo

V

Cu

0. 33 — 0,4

0,17 — 0,37

0. 25 — 0,5

3 — 3,5

до 0,025

до 0,025

1,2 — 1. 5

0,35 — 0,45

0,1 — 0,18

до 0,3

Таблица 6 — Технические характеристики (не менее)

Категория прочности

у0,2, МПа

ув,

МПа

д5,

%

ш,

%

KCV (20),

Дж/см2

КТ60

600

750

12

38

55

Улучшенная конструкционная экономнолегированная безникелевая сталь марки 33Х3ГСФА

Для судовых гребных и промежуточных валов морских судов любого назначения

Преимущества

Расшифровка стали (табл. 6).

Содержания углерода в стали порядка 0,33%; хрома до 3%; марганца и кремния порядка 1%, ванадия порядка 0,1%

Сталь высокопрочная экономнолегированая без никеля с высокими прочностными и вязкопластическими свойствами, соответствует требованиям лучших зарубежных стан-дартов и правил классификационных обществ (табл. 7).

Таблица 7 — Технические характеристики (не менее)

Категория прочности

у0,2,МПа

ув, МПа

д5, %

ш, %

KCV (20), Дж/см2

КТ50

500

700

17

40

60

КТ60

590

750

17

40

55

2. Факторы разрушения

Опыт эксплуатации конструкций различного назначения, в том числе морских и речных судов, показывает, что их надежность в процессе работы в существенной степени зависит от прочности и долговечности конструктиных элементов. Известно, что подавляющее большинство конструктивных элементов при эксплуатации воспринимают переменные во времени нагрузки, которые являются основным условием возникновения и развития усталостного разрушения.

Это в полной степени относится к судовым гребным валам, тем более что в этом случае процесс усталостного разрушения происходит при одновременном воздействии на вал поверхностноактивной среды — морской воды.

Выявленные причины повреждений гребных валов показывают, что большая часть повреждений (более 60% случаев) явились следствием усталости и коррозионной усталости гребных валов.

Восстановление, ремонт и замена этих элементов, особенно подводной части судна, производят только после вывода судна из эксплуатации. Поэтому вопросы прогнозирования технического состояния таких элементов играют важную роль в процессе эксплуатации судна и снижении непроизводственных затрат судовладельца, связанных с простоем судна.

Гребные или промежуточные валы ломаются относительно редко, гораздо чаще происходит их изгиб.

Естественно, что лопнувший вал не ремонтируют, а заменяют, но во всех случаях необходимо проанализировать характер поломки и выявить ее причину. Важно, чтобы поломка по той же причине не повторилась при дальнейшей эксплуатации установки с новым валом.

Если вал сломался при ударе о подводное препятствие и при этом его, скрутило, причем угол закрутки достигает величины

ц° = (0,3−0,5)L/d

L — длина, a d — диаметр вала (см), то причина поломки или в отсутствии предохранительной муфты или в неправильном выборе ее срезного элемента — он слишком прочен.

Может произойти поломка вала без заметного скручивания, а иногда и без видимых внешних причин, причем излом проходит под углом примерно 45° к оси вала и имеет зернистую структуру. В таких случаях причиной излома, как правило, является трещина, проходящая в районе шпоночных пазов или уступов.

Возникновение трещин объясняется действием усталостных напряжений, появляющихся, когда вал передает помимо основного постоянного крутящего момента от двигателя к винту еще какие-то дополнительные моменты, периодически меняющие направление.

Такие знакопеременные нагрузки возникают, например, из-за неравномерной работы двигателя (чем меньше число цилиндров, тем неравномерность больше) или перебоев в работе одного из цилиндров;

из-за неравномерного износа или низкого качества изготовления зубчатых передач;

из-за неправильной установки карданных шарниров;

из-за появления сил, периодически действующих на каждую из лопастей при пересечении ею следа от кронштейна или дейдвуда либо при прохождении вблизи днища и у кронштейна;

из-за плохой центровки или изгиба вала.

Гребной вал в процессе эксплуатации подвергается существенному износу: выработка, коррозионное разрушения, трещины, раковины, расслоение.

Для восстановления гребного вала используется технология наплавки. Наплавка допускается, если износ не превышает 5% от диаметра вала, но не более 15 мм.

В качестве наплавляющего материала используется малоуглеродиствая сварочная проволока СВ — 08А диаметром 2 мм под слоем флюса АН — 348 АМ. Температура подогрева перед сваркой составляет 200 — 250? С. Дополнительно термообработка после наплавки не производят.

3. Методика оценки технического состояния гребных валов

Одним из главных свойств любого технического изделия является безотказность, долговечность ремонтоспособность и способность сохранят возложенные на изделия функции в течении назначенного времени эксплуатации.

Надежность валопровода обеспечивается, если он сохраняет прочность, жесткость устойчивость и выносливость при гарантированной долговечности.

Пробы для испытаний отбирают:

при длине заготовки более 3м — с двух концов заготовки;

при длине заготовки 3 м и меньше — с одного конца, соответствующего прибыльной части слитка.

Для контроля макроструктуры и сегрегации серы отбирается проба (темплет) перпендикулярно продольной оси заготовки.

Из каждой пробы изготовляются следующие образцы:

для определения механических свойств на растяжение — один; на ударную вязкость два;

для определение склонности к межкристаллической коррозии — четыре;

на определения остаточных напряжений — одна проба [3].

3. 1 Измерения твердости по Бринеллю

Метод измерения твердости по Бринеллю металлов с твердостью не более 450 HB.

Сущность метода заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием усилия, приложенной перпендикулярно поверхности образца, в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия усилия

Толщина образца S должна быть не менее чем в 8 раз превышать глубину отпечатка h и определяется по формуле

(F выражена в H);

(F выражена в кгс).

Поверхность образца должна быть плоской и гладкой.

Шероховатость поверхности образца (или площадки на изделии) Ra должна быть не более 2,5 мкм. Образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись свойства металла в результате механической или другой обработки, например, от нагрева или наклепа. Испытание проводится следующим образом: вначале подводят образец к индентору, затем вдавливают индентор в образец с плавно нарастающей нагрузкой в течение 2−8 с, после достижения максимальной величины, нагрузка наиндентор выдерживается в определенном интервале времени (обычно 10−15 с для сталей) (рисунок 3). Затем снимают приложенную нагрузку, отводят образец от индентора и измеряют диаметр получившегося отпечатка. Также площадь отпечатка определяют и по глубине вдавливания индентора h (без снятия нагрузки). В качестве инденторов используются шарики из твердого сплава диаметром 1; 2,5;5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала.

Диаметр отпечатка получается тем меньше, чем выше сопротивления материала, производимой индентором. Число твердости по Бринеллю (HB) есть отношения нагрузки Р, действующий на шаровой индентор диаметром D, к площади F шаровой поверхности отпечатка:

[1].

Рисунок 3 — Схема вдавливания индентора в тело заготовки

3.2 Испытание на растяжение

Испытание на растяжение материалов проводят в соответствии с ГОСТ 1497–84. Стандарт устанавливает методы статических испытаний на растяжение черных и цветных металлов для определения при температуре 20 °C пределов пропорциональности, упругости, текучести, временного сопротивления разрыву, относительного удлинения и относительного сужения, модуля упругости, являющихся критерием качествами необходимыми для конструкторских расчетов.

Для испытаний применяют плоские и цилиндрические образцы, вырезанные из детали или специально изготовленные. Размеры образцов регламентированы указанным стандартом, они подчиняются геометрическому подобию и могут быть короткими и длинными. Для цилиндрического образца берется соотношение начальной рабочей длины l0 и исходного диаметра d0: l0= 5d0- короткий образец, l0= 10d0 — длинный образец [1]. Цилиндрические образцы изготавливаются диаметром 3 мм и более. Образцы состоят из рабочей части длиной l0 и головок, форма и размер которых соответствуют захватам машины (рисунок 4).

Рисунок 4 — Цилиндрические и плоские образцы до (а) и после (б) испытания на растяжение

Растяжение образца проводят на специальных машинах, позволяющих фиксировать величину прилагаемой нагрузки и изменение длины образца при растяжении. Эти же машины дают возможность записывать изменение длины образца при увеличении нагрузки (рисунок 5), т. е. первичную диаграмму испытания на растяжение в координатах: нагрузка Р, Н, кН; и абсолютное удлинение образца А, мм.

Рисунок 5 — Диаграмма растяжения образца

На этой диаграмме можно выделить четыре зоны: ОА — зона упругости; АВ — зона общей текучести; ВС — зона упрочнения; СД — зона местной текучести (разрушения). Из диаграммы можно определить механические характеристики материалов, если ее перестроить в координатах (рисунок 6).

Рисунок 6 — Механические характеристики материалов

Различают следующие механические характеристики:

— предел пропорциональности — это наибольшее напряжение, до которого материал подчиняется закону Гука — р;

— предел упругости — это наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций — е;

— предел текучести- это напряжение, при котором происходит рост деформации без увеличения нагрузки — s;

у 0,2- предел текучести условный;

— предел прочности — b;

Значения 0,05 и 0,2 в записи предела упругости и текучести соответствуют величине остаточной деформации? l в процентах от l0 при растяжении образца. Напряжения при испытании на растяжение вычисляют путем деления нагрузки Р, соответствующей характерной точке на диаграмме, на площадь первоначального поперечного сечения F0 рабочей части испытуемого образца:

Площадь поперечного сечение определяется по следующим формулам:

для цилиндрического образца

F0 = рd02/ 4

где — первоначальная толщина; - первоначальная ширина образца.

В точке k устанавливают напряжение сопротивления разрушению материала.

Предел пропорциональности и предел упругости определяют с помощью тензометра (прибор для определения величины деформации). Предел текучести физический и условный рассчитывают, находя нагрузку по диаграмме растяжения. Если на диаграмме нет площадки текучести, то для вычисления условного предела текучести необходимо провести графические построения на диаграмме (рисунок 7). Вначале находят величину остаточной деформации, равную 0,2% от l0, далее отмечают отрезок на оси деформации, равный 0,2% от l0, и проводят линию, параллельную пропорциональному участку диаграммы растяжения, до пересечения с кривой растяжения.

Рисунок 7 — Определение предела текучести

Нагрузка соответствует точке их пересечения. Физический и условный предел текучести характеризуют способность материала к началу пластической деформации, т. е. сопротивление малой пластической деформации.

Предел прочности можно подсчитать, используя показания силоизмерителя, по максимальной нагрузке при разрыве либо найти (Рв) по первичной диаграмме растяжения. Характер деформации при растяжении вязких и хрупких материалов существенно различается.

Все рассчитанные таким образом величины являются характеристиками прочности материала.

Пластичность, т. е. способность деформироваться без разрушения, характеризуется изменениями размеров образца. При испытании на разрыв определяют следующие характеристики пластичности:

относительное удлинение:

относительное сужение

где , — соответственно, длина рабочей части и площадь поперечного сечения образца после разрыва [1].

3. 3 Усталостные испытания

При циклических нагрузках в исследуемом образце происходит постепенное накопление повреждений, приводящих к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению. Этот процесс называют усталостью. Параметрами циклического нагружения являются: среднее напряжение цикла, амплитуда напряжения, частота циклов f (или период Т цикла), коэффициент асимметрии. Цикл, у которого максимальное и минимальное напряжения равны, но противоположны по знаку, называется симметричным ()

Схема нагружения (рисунок 8) должна в той или иной мере воспроизвести в образцах напряженное состояние, характерное для эксплуатационных условий работы детали, так как от соотношения касательных и нормальных напряжений зависят сопротивление усталостному разрушению и характер разрушения.

Рисунок 8 — Схема изменения нагрузки при асимметричном знакопостоянном цикле

Характеристиками сопротивления усталости материала являются;

предел выносливости — максимальное напряжение цикла с коэффициентом асимметрии R, соответствующее заданному (базовому) числу циклов напряжения;

предел выносливости при симметричном цикле;

циклическая долговечность N — общее число циклов, выдержанных нагруженным объектом до образования усталостной трещины определенной протяженности или до усталостного разрушения.

Для определения предела выносливости испытывают 10 — 15 одинаковых образцов. Для первого образца максимальное напряжение обычно составляет 0,750. Определяется число циклов нагружения, которое он выдерживает до разрушения N 1. Напряжения при испытании второго образца назначаются в зависимости от N 1: при N1 < 2 — 105 s 2 = s1 — 20 МПа; при N1 > 2 — 10 5 s2 = s1 + 20 МПа. Максимальное напряжение цикла для каждого последующего образца понижается на 8 — 12% до тех пор, пока образец не выдержит без разрушения базовое число циклов нагружения.

Уточнение предела выносливости производится при испытании нескольких других образцов, для которых

На уровне предела выносливости должно быть испытано не менее трех образцов. По результатам испытаний строится кривая усталости (рисунок 9), называемая кривой Веллера.

Рисунок 9 — Кривая Веллера

гребной вал динамический испытание

Критическое напряжение, выше которого уже с первых циклов нагружения возникают субмикроскопические трещины, и отсутствует инкубационный период, делит диапазон на две области — малоцикловой и многоцикловой усталости.

3.4 Коррозионная усталость

Вследствие коррозионной усталости разрушаются гребные винты и валы морских судов, детали самолетов, тепловозов, автомобилей, а также бурильные трубы, лопатки компрессоров и турбин реактивных двигателей, паропроводы, водопроводы и другое оборудование. Этот вид разрушения чрезвычайно распространен и встречается практически во всех отраслях промышленности.

Коррозионная усталость проявляется в разнообразных водных средах, в отличие от коррозионного растрескивания, вызываемого определенными, специфичными для каждого металла ионами. Под действием коррозионной усталости происходит разрушение стали в пресной и морской воде, в конденсатах продуктов сгорания, в других распространенных химических средах; при этом, чем выше скорость общей коррозии, тем быстрее металлhttp: //korrosion. ru/ref/razry3aets9_vsledstvie. html коррозионной усталости [2].

Так как морская вода является агрессивной средой, то следует проводить испытание на коррозионную стойкость Коррозионные исследования — это ряд испытаний, которым подвергают тот или иной материал для определения его долговечности в определенных коррозионных условиях.

Все методы коррозионных испытаний можно подразделить на две группы:

ускоренные исследования;

длительные испытания.

Ускоренные коррозионные испытания проводят в искусственно созданных условиях. При этом значительно ускоряются все коррозионные процессы, но их характер протекания не меняется. Обычно эффект ускорения достигается облегчением протекания контролирующих процессов.

Длительные коррозионные исследования по продолжительности не отличаются от естественных эксплуатационных.

Определение коррозионной стойкости металла.

Коррозионная стойкость металла — это его способность противостоять химическому или электрохимическому разрушению при воздействии среды, в которой он эксплуатируется. Коррозионную стойкость оценивают качественно или количественно. К качественным методам оценки относятся визуальный метод и микроисследование. Визуальное наблюдение состояния поверхности применяют тогда, когда продукты коррозии остаются на образце в виде нерастворимого осадка. Происходящие изменения отмечают кратким описанием, а также фотографированием. Микроисследование применяют для более тщательного изучения образцов, подвергающихся коррозии. Для исследования обычно используют бинокулярный микроскоп при увеличении 20 — 100 крат.

Самым простым и доступным методом определения коррозионной стойкости металла является испытание в открытом сосуде (метод погружения). Для этого образец подвешивают на нити из инертного материала (капроновой, шелковой нити т. п.). В одном сосуде следует испытывать только один образец (или несколько параллельных образцов). Обычно на 1 см² площади поверхности образца приходится от 20 до 200 мл раствора. Образец можно погружать полностью или наполовину. В последнем случае коррозионный процесс быстрее всего идет на границе раздела воздух — раствор, что необходимо учитывать при расчетах [2].

3.5 Динамические испытания на изгиб образцов с надрезом

При динамических испытаниях закон подобия не действует. По ГОСТ 9454–78 ударные испытания проводят путем разрушения стандартного образца квадратного сечения 10×10 мм длиной 55 мм и надрезом одного из трех видов. Посередине его длины имеется надрез U-образной формы шириной и глубиной 2 мм с радиусом закругления 1 мм (рисунок 10). Применяют также образцы с V-образной и Т-образной формами надреза. V-образный надрез выполняют с углом при вершине 45° и радиусом закругления 0,25 мм. Т-образный надрез наиболее острый. Образцы с V-образном концентратором являются основными и используются при контроле металлических материалов для ответственных конструкций (летательных аппаратов, транспортных средств). Образцы с U-образным надрезом рекомендуется применять при выборе с приемочном контроле металлов и сплавов. Роль надреза выполняет созданная на специальном приборе усталостная трещина определенной глубины.

Надрез является концентратором напряжения. Чем он острее, тем сильнее действует концентратор напряжения.

Рисунок 10 — Схема образца для ударных испытаний.

Испытание на ударный изгиб проводят на маятниковых копрах с предельной энергией, не превышающей 300 Дж (рисунок 11, а). Копер имеет тяжелый маятник 2, который свободно качается вокруг его оси. При помощи защелки маятник может быть установлен на разной высоте Маятник копра закрепляется в исходном верхнем положении. По шкале фиксируется угол подъема маятника б. Если защелку освободить, то маятник упадет и взлетит по инерции на такую же высоту, на которую он был поднят (трение на оси вращения минимальное). Если на пути падения маятника встретится препятствие в виде образца, он часть энергии падения затратит на преодоление этого препятствия, и маятник уже взлетит на меньшую высоту, он поднимется относительно вертикальной оси копра на угол в. Образец устанавливают на пути падения маятника на две опоры станины копра надрезом в сторону, противоположную удару маятника (рисунок 11, б). Падая, маятник изгибает образец и ломает его [1].

Общий запас энергии маятника будет расходоваться на изгиб и разрушение образца, а также на последующий взлет (рисунок 11, в).

Если из общего запаса энергии маятника вычесть часть, затраченную на взлет после разрушения образца, то получится энергия или работа удара, затраченная на излом образца.

Работа удара К, Дж/см2, затраченная на излом образца, определяется из разности энергии маятника в положении его до и после удара: где Р — вес маятника, Н (кгс); Н — высота подъема маятника до удара, м; h — высота взлета маятника после удара, м.

Высоты Н и h можно определить, зная длину маятника и его углы подъема и последующего взлета b:

Отсюда

где P и L для данного копра — величины постоянные. Углы a и b определяют по шкале прибора. На практике, для того чтобы не вычислять К по вышеприведенной формуле, пользуются специальными таблицами, в которых для каждого угла в приведена величина работы удара К.

Основной характеристикой, получаемой в результате ударных испытаний, служит ударная вязкость, обозначаемая КС. Ударная вязкость — это работа, израсходованная на ударный излом образца, отнесенная к площади поперечного сечения образца в месте надреза:

,

где F — площадь поперечного сечения образца в месте надреза, см2.

Ударная вязкость — это сложная, комплексная характеристика, зависящая от совокупности прочносных и пластических материалов [2].

Испытания на ударный изгиб позволяют установить ряд ценных свойств материала; его способность выдерживать ударные нагрузки, склонность к хрупкому разрушению, чувствительность к надрезам.

Рисунок 11 — Схема маятникого копера и схема ударного испытания на изгиб: а — маятниковый копер; б — схема установки образца; в — схема испытания: 1 — станина; 2 — маятник; 3 — шкала; 5 — ремень ручного тормаза; 6 — рычаг ручного тормоза

Заключение

Важнейшей частью контроля изделий в машиностроении является проведения физико-механических испытаний. В данной работе был рассмотрен составная часть валопровода — гребной вал. Так как эксплуатация детали происходит в изменяющихся условиях, то необходимо обеспечивать высокий уровень механических свойств. Испытания производятся по следующим факторам разрушения: изгиб, усталостное разрушение, скручивание. Следующие методы контроля представленные выше: испытания на растяжения, усталостные испытания, коррозионная усталость, динамические испытания на изгиб образцов с надрезом.

Список литературы

1. Золотаревский В. С. Механические свойства металлов 3-е изд., перераб. и доп. — М.: МИСИС, 1998. — 400 с.

2. Определение коррозионной стойкости // ADIO. SU [электронный ресурс]. URL: www. adio. su/content/view/154/155/

3. ГОСТ 8536–79 Заготовки судовых валов и баллеров рулей. Технические условия. — М.: Стандартинформ, 2004. — 31 с.

4. ГОСТ 9454–78 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — М.: Стандартинформ, 2003. — 13 с.

5. Бернштейн М. Л. Механические свойства металлов / М. Л. Бернштейн, В. А. Займовский. — М.: Металлургия, 1979. — 268 с.

6. Материаловедение / Б. Н. Арзамасов [и др.]. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. — 648 с.

7. Иванова В. С. Разрушение металлов / В. С. Иванова. — М.: Металлургия, 1979. — 168 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой