Primăvară

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 31 mai 2016; verificările necesită 27 de modificări .

Arc - un element elastic al mașinilor și diferitelor mecanisme, care acumulează și dă sau absorb energie mecanică .

Istorie

Din punct de vedere istoric, diverse pensete de uz casnic și agrafe de rufe , cleme, arcuri și undițe sunt considerate a fi primele elemente elastice folosite de oameni .

Teorie

Principiul general de funcționare

Din punctul de vedere al fizicii clasice, un arc poate fi considerat ca un dispozitiv care acumulează energie potențială prin modificarea distanței dintre atomii unui material elastic.

Arcurile metalice răsucite transformă deformarea la compresiune/extindere a arcului în deformarea la torsiune a materialului din care este realizat și invers, deformația la torsiune a arcului în deformația la tracțiune și încovoiere a metalului, înmulțind coeficientul de elasticitate cu mărirea lungimii firului rezistând influențelor externe. Arcurile cu val de compresie sunt ca arcurile de îndoire în serie/paralel multiple.

Arcurile și definiția forței

Nu există o definiție consensuală a „ forței ” în fizică. Una dintre abordările corecte din punct de vedere metodologic (în sensul că nu distorsionează situația și nu creează un cerc vicios de definiții ) este aceea că darea unei definiții este înlocuită cu o prezentare care nu se bazează pe nicio lege (de exemplu, cea de-a doua a lui Newton). legea) metoda de masurare a fortelor [1 ] . Dacă un anumit arc, realizat într-un mod determinat, cu extensia sa specifică, este declarat sursă de forță unitară , principiul suprapunerii vă va permite să setați valori de forță de la 0 la în prezența a două „arcuri ” plasate. la un unghi , iar orice forță studiată poate fi măsurată prin echilibrarea selecției sale prin variație (dacă sunt disponibile mai multe arcuri, intervalul disponibil se extinde). Se dovedește că arcurile joacă rolul unui instrument în măsurătorile fundamentale ale forței. $\Delta l_{0)$ $F_{0}$ $F_{c}=2F_{0}\cos(\alpha /2)$ $2F_{0}$ $F_{0}$ $\alfa$ $F_{c}$ $\alfa$

Relația deformare-forță

În teoria elasticității , legea lui Hooke stabilește că întinderea unei tije elastice este proporțională cu forța aplicată acesteia, îndreptată de-a lungul axei sale. Același lucru, de regulă, se aplică arcurilor:

F=k\,\Delta l

unde este tensiunea/compresia și este rigiditatea. În realitate, această lege nu este îndeplinită întocmai, ci doar pentru mici tensiuni și compresiuni. Dacă solicitarea depășește o anumită limită ( limită de curgere ), în material apar încălcări ireversibile ale structurii sale, iar piesa este distrusă sau primește o deformare ireversibilă. Multe materiale reale nu au o limită de curgere clar definită, iar legea lui Hooke nu se aplică acestora. În acest caz, pentru material este stabilită o limită de curgere condiționată. $\Delta l$ $k$

Pentru măsurătorile descrise în subsecțiunea anterioară, îndeplinirea sau neîndeplinirea legii lui Hooke nu este fundamentală, este suficientă doar proprietatea de elasticitate , adică revenirea arcului la starea inițială după îndepărtarea sarcinii deformante.

Estimarea coeficientului de rigiditate

Un arc de compresie sau extensie cilindric răsucit, înfăşurat dintr-un fir cilindric şi deformat elastic de-a lungul axei, are un coeficient de rigiditate

k={\frac {G\cdot d_{{\mathrm {D}}}^{4}}{8\cdot d_{{\mathrm {F}}}^{3}\cdot n}},

unde: d D este diametrul firului; d F este diametrul înfășurării (măsurat de pe axa firului); n este numărul de spire; : G - modul de forfecare (pentru oțel obișnuit G ≈ 80 GPa , pentru cupru ~ 45 GPa ).

Tipuri de arcuri

În funcție de tipul de sarcină percepută :

arcuri de compresie;
arcuri de prelungire;
arcuri de torsiune;
arcuri de îndoire.

Arcuri de tracțiune - concepute pentru a crește în lungime sub sarcină. În starea descărcată, de obicei au ture închise. Există cârlige sau inele la capete pentru a fixa arcul de structură.

Arcuri de compresie - concepute pentru a scădea în lungime sub sarcină. Bobinele unor astfel de arcuri nu se ating între ele fără sarcină. Rotirile de capat sunt presate de cele invecinate si capetele arcului sunt macinate. Arcuri de compresie lungi, pentru a evita pierderea stabilității, se pun pe dornuri sau pahare, sau se folosesc arcuri ondulate mai mici.

La arcurile de tracțiune-compresiune, sub acțiunea unei forțe constante, bobinele suferă două tipuri de solicitări: încovoiere și torsiune .

Arc de îndoire - folosit pentru a transfera deformații elastice cu modificări minore ale dimensiunilor geometrice ale arcului sau pachetului de arc (arcuri, arcuri Belleville) Au o varietate de forme simple (bare de torsiune, inele și șaibe de reținere, cleme elastice, elemente releu, etc.)

Arcuri de torsiune - pot fi de două tipuri:

torsiune - o bară de torsiune (are o lungime mai mare decât un arc răsucit)
arcuri răsucite care lucrează în torsiune (ca în agrafe de rufe , în capcane pentru șoareci și în poansonuri de papetărie ).

În instrumentare este cunoscut arcul Bourdon - un arc tubular în manometre pentru măsurarea presiunii, care joacă rolul unui element sensibil.

Prin proiectare :

cilindric răsucit ( șurub );
conic răsucit ( amortizoare );
spirală (în bilanţul orelor);
apartament;
lamelare (de exemplu, arcuri );
în formă de farfurie;
val
torsiune ;
lichid ;
gaz .

Parametrii principali ai arcurilor

Pentru răsucite cilindrice și conice:

numărul de ture
pasul bobinei
Diametrul firului
capacitatea maximă de încărcare
relație liniară între deformarea (așezarea) unui arc și sarcina aplicată acestuia

Pentru valuri:

secțiune de bandă
numărul de ture
numărul de valuri pe rotație
factor de duritate
sarcina finala

precum şi caracteristicile de oboseală ale materialelor.

Material și tehnologie de fabricație

Arcul poate fi realizat din orice material care are rezistență și proprietăți elastice suficient de ridicate ( oțel , plastic , lemn , placaj , chiar și carton ).

Materialul diferitelor cauciucuri are proprietăți elastice care nu necesită să îi confere o formă specială și este adesea folosit într-o formă directă, cu toate acestea, datorită caracteristicilor mai puțin definite la mașinile de precizie, este folosit mai rar.

Arcurile din oțel de uz general sunt fabricate din oțeluri cu conținut ridicat de carbon (U9A-U12A, 65, 70) aliate cu mangan, siliciu, vanadiu (65G, 60S2A, 65S2VA). Pentru arcuri care funcționează în medii agresive, oțel inoxidabil (12X18H10T), bronz beriliu (BrB-2), bronz siliciu-mangan (BrKMts3-1), bronz staniu-zinc (BrOTs-4-3), aliaje de titan și nichel, fontă sunt utilizate.

Arcurile mai mici pot fi înfășurate din sârmă finită, în timp ce cele mai mari sunt fabricate din oțel recoacet și întărite după formare.

Aplicarea arcuri

Un arc este unul dintre cele mai utilizate elemente ale mecanismelor, structurilor și dispozitivelor. Folosit pentru a compensa inexactitățile dimensionale, uzura, eliminarea vibrațiilor, ca dispozitiv de stocare a energiei, pentru măsurarea simplă a presiunii, greutății, forțelor și accelerațiilor; protectie la socuri si suprasarcina.

În mobilă tapițată și balamale și elevatoare de mobilă , în elemente de fixare , în carabiniere , știfturi cu arc , cântare cu arc , ciocane pneumatice , în elemente de fixare șine moderne , în ambreiaj , în mecanisme de ceas, automate mecanice simple . Echipamentul hidraulic este de neconceput fără arcuri, elasticitatea este necesară pentru funcționarea butoanelor și tastelor dispozitivelor de control, declanșatoare și siguranțe .

În papetărie

agrafe și agrafe de rufe de birou
stilouri și creioane mecanice
capsatoare și perforatoare

În construcții

Cele mai simple închideri fără amortizoare pentru porți și uși de utilizare intensivă, într-un climat rece pentru vestibule .
În mecanismele de întoarcere ale jaluzelelor manuale , rulourilor și ușilor secționale grele .
În supapele de direcție în locuri publice.
În tampoanele liftului .
În clădiri și structuri de pe soluri instabile, în zone geologic active, ca amortizor de unde seismice.

În matrițe și matrițe

În matrițe și matrițe se folosesc arcuri de compresie cu o secțiune de sârmă dreptunghiulară, ele se numesc arcuri pentru scule. Datorită secțiunii transversale dreptunghiulare a firului, arcul are proprietăți de arc mai rigide cu dimensiuni relativ mici, ceea ce este foarte convenabil pentru plasarea lor în matrițe și matrițe.

În arme de foc

arc principal, arc de retur, arc de reviste
În simularea armelor, pistoalele airsoft sunt încărcate cu arc, utilizate în mod obișnuit pentru a propulsa proiectilul în puștile cu piston cu arc.

În mecanisme de forță constantă

Designul mecanismului sau arcul în sine asigură o forță constantă asupra elementului care poartă sarcina într-un anumit interval de mișcare.

Suporturi de forță constantă pentru conducte
Arcuri cu role cu forță sau moment constant
Garnituri pentru racorduri de conducte
Sarcina specificată pentru rulmenți flotanți

Vezi și

Note

↑ I. Butikov, A. S. Kondratiev. § 16. Forța este o măsură a interacțiunii // Fizica pentru studiu aprofundat 1. Mecanica. - S. 88-90.

Literatură

Tabele de referință pentru piesele de mașini. - M . : Mashinostroenie , 1956.
Enciclopedie tehnică / L. K. Martens. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1932. - T. 18. - S. 424-464. — 898 p.
L. E. Andreeva. Elemente elastice ale dispozitivelor / V. I. Feodosiev. - M . : Mashinostroenie , 1962. - 456 p.