Быстрый поиск

Дипломная работа: Контрольный блок разводки

Конструктивный сплав В95 – алюминиевый, деформируемый. Химический состав Zn=5-7%, Mn=0,2-0,6%, Mg=1,8-2,8%, Cu=1,4-2%, Cr=0,1-0,25%, Fe=0,5%, Si=0,5%, Ni=0,1%. Физические характеристики:

- предел текучести s0,2=420 Мпа;

- предел прочности sв=500 Мпа;

- относительное удлинение d=5%;

- плотность r=2,85 г/см3;

- удельное сопротивление ρ=4,2∙106 Ом∙см.

Сплав обладает самыми высокими характеристиками прочности по сравнению с основными конструкционными алюминиевыми сплавами. Сплав обладает низкими коррозионными свойствами, что не способствует его использованию в качестве материала панели. Защититься от коррозии в зависимости от назначения детали осуществляется анодно-окисными, химическими и лакокрасочными покрытиями. Сплав удовлетворительно деформируется в горячем состоянии: может подвергаться прокатке, прессованию, ковке, штамповке. Хорошо обрабатывается резанием.

Сплав В95 целесообразно применять для элементов, работающих преимущественно на сжатие или на сдвиг в местах, некритических по выносливости. Детали из сплава должны иметь плавные переходы без резкого изменения сечения, острые кромки необходимо скруглять. Однако, в силу своей конструкции, панель не может удовлетворять последнему требованию, что делает непригодным использование для нее сплава В95.

Таким образом, проанализировав и сравнив свойства оставшихся трех сплавов, наилучшим материалом оказалась поковка из алюминиевого сплава АМг6 ГОСТ 4784–97. Данный материал имеет характеристики: предел прочности sв=320 МПа, относительное удлинение d= 15%. Главным аргументом в его пользу оказались малая масса и доступность материала в промышленности. Он наиболее удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к корпусу. Нужно только решить каким способом изготавливать деталь: посредством механической обработки, или формованием (литьем, прессованием).

При изготовлении корпуса применять механическую обработку целесообразнее, так как предполагается штучное производство КБР, а применение литья требует больших затрат на подготовку оснастки. Более того, механической обработкой проще добиться необходимой точности изготовления.

В связи с тем, что КБР при эксплуатации будет подвергаться воздействию повышенной влажности, то панель следует защитить от коррозии. Для защиты от коррозии на корпус нужно нанести покрытие.

Покрытия могут быть:

- металлические (цинковые, оловянные, хромовые и т.д.);

- неметаллические неорганические (оксидными, фосфатными, фторидными и др.);

- пластмассовыми;

- резиновыми;

- лакокрасочными;

- пиролитическими (пирографит);

- керамическими (оксид циркония ZrO2, карбид кремния SiC).

Рассмотрим три наиболее часто используемые и подходящие для алюминиевой панели покрытия (Ан.Окс.хр., Хим.Окс.э, металлические).

Для деталей из алюминиевых сплавов на основании ОСТ В95 1135-79 о допустимости и не допустимости контактов между металлами и покрытиями при различных условиях эксплуатации. Условия эксплуатации подразделяются на четыре группы:

Легкие детали находятся внутри герметичного изделия;

Средние детали находятся в помещении и на открытом воздухе без непосредственного попадания атмосферных осадков и солнечной радиации;

Жесткие детали находятся на открытом воздухе при возможном попадании атмосферных осадков и солнечной радиации;

Особо жесткие – на открытом воздухе при возможном попадании атмосферных осадков, воздействии солнечной радиации и морского тумана.

КБР располагается в герметичном отсеке, что соответствует эксплуатации при легких условиях. При легких условиях алюминиевые детали допускается покрывать цинком и цинковыми хроматированными покрытиями, кадмием и кадмиевыми хроматированными покрытиями. Между данными парами материалов при соприкосновении не возникает контактной коррозии. Однако цинковые покрытия в условиях относительной влажности коррозирует с образованием рыхлого белого порошка. Процесс коррозии усиливается без доступа воздуха и света. Данные покрытия не рекомендуются для электроконтактных систем. Таким образом, данный вид покрытия для панели не подходит.

Кадмиевые покрытия характеризуются устойчивостью к воздействию повышенной влажности, имеют прочное сцепление с основным металлом, обладают высокой пластичностью и эластичностью, но из-за дорогостоящей и очень сложной технологии нанесения покрытия на алюминиевые сплавы. Для того чтобы нанести кадмиевое покрытие в начале идет нанесение на корпус слой никелевого покрытия, затем нанесение на слой никеля слой медного покрытия после этого только нанесение кадмиевого покрытия. Так же покрытие сложно наносить на детали имеющие сложную конструкцию. Учитывая выше перечисленное от применения металлических покрытий для данной панели отказались.

Ан.Окс.хр. покрытие получаемое анодным оксидированием получаемое в растворе бихромата калия. Данное покрытие является одним из лучших покрытий устойчивых к коррозии при легких и средних условиях эксплуатации применяемых для покрытия алюминиевых сплавов, также оно является электроизолятором. Данное покрытие по механическим характеристикам и защищенности от коррозии нам подходит, но так как панель должна обеспечивать металлизацию с плитой, данное покрытие применять не стали.

Хим.Окс.э. покрытие получаемые химическим окислением из раствора, содержащего хромовый ангидрит и фториды. Данный вид покрытия по механическим характеристикам и коррозионной стойкости уступает покрытию Ан.Окс.хр. Покрытие можно применять только при легких условия эксплуатации для нас это является достаточным. Данное покрытие является электропроводным, что являлось немаловажным фактором при выборе покрытия. Исходя из всего выше перечисленного, наилучшим покрытием явилось покрытие Хим.Окс.э., которое и было применено для покрытия панели.

Конструкция корпуса имеет сложную тонкостенную конфигурацию с множеством полостей, в которых размещаются элементы электрической схемы и жгут внутреннего монтажа. Такая форма корпуса способствует большой плотности размещения элементов, что в свою очередь снижает массу и объем КБР. Имеется множество сквозных отверстий, в которых будут располагаться соединители. На верхней и нижней сторонах корпуса имеются резьбовые отверстия, предназначенные для крепления крышек к корпусу.

5. Прочностной расчет

Необходимо рассчитать крепеж КБР к изделию на действие статических и ударных нагрузок. Для проведения расчетов необходимы следующие данные:

Масса КБР М = 4 кг;

Материал болта Сталь 20ХН3А;

Материал корпуса АМг6;

Болт М8-8g×25.

5.1 Расчет прочности болта при действии статической нагрузки

Проводим расчет на разрыв болта под действием статической нагрузки 175 ед., действующей в осевом направлении. Схема нагружения болта представлена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1.

Усилие, создаваемое этой нагрузкой распределяется между четырьмя болтами, и на каждый из них приходится 1/4 этого усилия.

Полное усилие на все болты равно:

Н;

тогда усилие на один болт:

Н.

Определяем осевое усилие затяжки резьбового соединения Q0 кН, для чего, согласно ОСТ В95 1823-76, проводим следующий расчет:

Момент затяжки Мзат, кН∙м, определяем по формуле (6.1):

(6.1);

где К1 приведенный коэффициент пропорциональности момента затяжки и осевого усилия затяжки резьбового соединения, вычисляемый по формуле (6.2):

(6.2);

PT – усилие текучести на растяжение, для болта, кН, вычисляемый по формуле (6.3):

(6.3);

– коэффициент запаса прочности по пределу текучести;

– коэффициенты трения в резьбе и на опорной поверхности, согласно ОСТ В95 1823-76 для седьмой группы сочетаний материалов болта и рамы (элемент конструкции к которому крепится КБР):

;;

– предел текучести, для стали 20ХН3А МПа;

– шаг, наружный и внутренний диаметр резьбы;

d = 8 мм;

d3 = 6,466 мм;

P = 1,25 мм;

Осевое усилие затяжки резьбового соединения QЗ кН, определяют по формуле (6.4):

(6.4),

где K2 – коэффициент пропорциональности момента затяжки и осевого усилия затяжки, м, вычисляемый по формуле

м;

кН;

Н∙м;

кН.

После приложения внешней нагрузки РСТ болт получит дополнительное удлинение на величину Δl, и дополнительное усилие будет равно:

(6.5).

Сила, действующая на стягиваемую деталь (плита) уменьшится на величину:

(6.6);

где – коэффициенты податливости болта и стягиваемой детали (индексы 0 – для болта, а 1 – для детали).

Согласно [3, стр. 28]:

(6.7).

– расстояние от торца гайки (посадочной поверхности под КБР) до торца головки болта.

- модуль упругости и площадь поперечного сечения болта,

Н/мм2; мм2.

мм/Н = 1,2∙10-9 м/Н.

Согласно [3, стр. 31],

а = 14 – наружный диаметр кольцевой опорной поверхности;

d = 8 мм – диаметр стержня болта;

= 69651 Н/мм2 – модуль упругости материала стягиваемой детали;

l1 = 12 мм – толщина стягиваемой детали;

мм/Н.

λ1 = 1,05∙10-9 м/Н.

Так как

(6.8);

(6.9);

то:

(6.10).

где – коэффициент основной нагрузки:

Полное усилие на болт вычисляется по формуле (6.11):

(6.11);

Н.

Равенство (6.11) справедливо до начала раскрытия стыка. Необходимо проверить нераскрытие стыка из условия (6.12):

(6.12);

Н;

Значит раскрытие стыка при данных значениях усилия статической нагрузки и осевого усилия затяжки не произойдет.

Расчет влияния температуры на величину напряжения разрыва.

Температурный диапазон работы изделия от -400С до +500С. Подобные условия работы могут привести к температурной деформации деталей КБР при его эксплуатации. Следовательно, нужно проверить влияние температуры на полное усилие в болте. Согласно ОСТ В95 2606-90 температура при нормальных климатических условиях должна соответствовать значению в пределах от 150С до 250С. В данном расчете примем это значение равным 200С.

Величина температурной деформации Δt вычисляется по формуле (6.13):

(6.14)

где – коэффициент линейного расширения болта, согласно [6, стр. 373] для Сталь 20ХН3А ;

l0 – длина болта, равна толщине стягиваемой детали;

- соответствующие величины для промежуточной детали (крепежная лапка корпуса);

Согласно [4, стр. 706] для АМг6 .

– изменение температуры;

По формуле (6.15) определяем температурное усилие Qt:

(6.15).

Полное усилие на болт Qп в этом случае определяется по формуле (6.16):

(6.16).

Так как, коэффициент линейного расширения для материала болта меньше чем для материала гайки, то при температуре ниже 200С болт будет разгружаться, а при температуре выше 200С – догружаться, то есть худший случай будет реализован при температуре 500С. Поэтому определяем значение температурного усилия Qп50 (при 500С), и уже для него считаем возникающее в болте напряжение и сравниваем его с пределом текучести для материала болта, и делаем вывод о правильности его выбора.

При температуре +500С:

мм;