Все о продольных пилах

Приветствую тебя, читатель портала о сопромате и не только – SoproMats. В сегодняшней статье поговорим о таком важном внутреннем силовом факторе как продольная сила. Расскажем, что это за сила, зачем нужна и все в таком духе. Обещаем максимально подробно раскрыть данную тему, а также дать ссылки на смежные статьи, которые касаются продольной силы. Например, укажем ссылку, где можно почитать о построении эпюры распределения продольных сил и т.д.

Основные понятия

Брусом (балкой) называют тело, вытянутое вдоль оси. То есть длина преобладает над шириной и высотой.

Если имеются только осевые (продольные) силы, то объект подвергается растяжению/сжатию. В этом случае в материале возникают только нормальные поперечному сечению силы противодействия и тело считают стержнем.

Статическая определимость подразумевает достаточность схемы для установления внутренних усилий противодействия. Участок – часть балки с неизменным сечением и характерной нагрузкой.

Правила построения учитывают знаки усилий. Растягивающие принимают положительными, сжимающие – отрицательными.

В системе СИ силы измеряются в ньютонах (Н). Длины в метрах (м).

Как определить?

Как же определить эту самую силу? Для этого воспользуемся методом сечений. Мысленно рассечем тело, нагруженное растягивающей силой F, в произвольном месте. Отбросим одну из частей бруса и заменим действие отброшенной части нормальной силой N. Если спроецировать все силы на ось z и записать условие равновесия то получим:

∑F_kz =-N+F=0; N=F.

То есть продольная сила N численно равна внешней силе F. Причем не трудно догадаться, что значение силы N будет постоянно по всей длине бруса.

Для наглядности построим эпюру продольных сил. Причем при построении необходимо учитывать правило знаков.

Если силы растягивающие, то условно считаем их положительными. Если сжимающие, то считаем их отрицательными.

В нашем случае сила F стремится растянуть брус, эпюру откладываем сверху со знаком «+».

Внутренние силы при растяжении-сжатии

Центральное растяжение-сжатие возникает в случае, когда на концах стержня вдоль его оси действуют две равные противоположно направленные силы. При этом в каждом сечении по длине стержня возникает внутреннее усилие (продольная сила $N$ кН), которая численно равна сумме всех сил, которые действуют вдоль оси стержня и расположены с одной стороны от сечения.

Из условий равновесия отсеченной части стержня $N = F$.

Продольная сила при растяжении считается положительной, при сжатии – отрицательной.

Пример определения внутренних сил.

Рассмотрим брус, нагруженный внешними силами вдоль оси. Брус закреплен в стене (закрепление «заделка») (рис. 20.2а). Делим брус на участки нагружения.

Участком нагружения считают часть бруса между внешними силами.

На представленном рисунке 3 участка нагружения.

Воспользуемся методом сечений и определим внут­ренние силовые факторы внутри каждого участка.

Расчет начинаем со свободного конца бруса, что­бы не определять величины реакций в опорах.

Продольная сила положи­тельна, участок 1 растянут.

Продольная сила положительна, участок 2 растянут.

Продольная сила отрицательна, участок 3 сжат.

Полученное значение N₃ равно реакции в заделке.

Под схемой бруса строим эпюру продольной силы (рис. 20.2, б).

Эпюрой продольной силы называется график распределения продольной силы вдоль оси бруса.

Ось эпюры параллельна продольной оси.

Нулевая линия про­водится тонкой линией. Значения сил откладывают от оси, положительные — вверх, отрицательные — вниз.

В пределах одного участка значение силы не меняется, поэто­му эпюра очерчивается отрезками прямых линий, параллельными оси Oz.

Напряжения. Действующие и допускаемые напряжения

Величина внутренней силы дает представление о сопротивлении поперечного сечения в целом (интегрально), но не дает представления об интенсивности работы материала в отдельных точках сечения. Так, при равной продольной силе материал в стержне с большим сечением будет работать менее интенсивно, менее напряженно чем меньший.

Напряжения – внутренние силы, приходящиеся на единицу площади сечения. Напряжения, направленные перпендикулярно (по нормали) к сечению называются нормальными.

Пример построения эпюр и решения задач

Построить эпюру сил для следующего случая (рис. 2):

Рис. 2

Дано:

Решение.

Разбиение на участке вполне очевидно. Найдем сопротивление на выделенных:

Распределенная нагрузка зависит от длины, на которой приложена. Поскольку нарастает линейно, значение N₂ будет постепенно увеличиваться/уменьшаться в зависимости от знака q.

Эпюра такого вида усилия представляет собой прямоугольный треугольник с катетами l₃ и ql₃ (в масштабе). Поскольку распределение линейно.

По полученным данным строим эпюру (рис. 3).

Рис. 3

$\sigma = \frac{N}{A}$

Единицы измерения напряжений — Па, кПа, МПа.

Знаки напряжений принимают так, как и для продольной силы.

Действующие напряжения — напряжения, которые возникают в рассматриваемом сечении.

Любой стержень в момент разрушения имеет определенные напряжения, которые зависят только от материала стержня и не зависят от площади сечения.

Допускаемые напряжения $\left$ – такие напряжения, которые не должны быть превышены в запроектированных конструкциях. Допустимые напряжения зависят от прочности материала, характера его разрушения, степени ответственности конструкции.

Принцип Сен-Венана: в сечениях, достаточно удаленных от места приложения нагрузки, распределение напряжений не зависит от способа приложения нагрузки, а зависит только от его равнодействующей.

то есть, распределение напряжений в сечении I-I для трех различных случаев, показанных на рисунке, принимается одинаковым.

Рисунок — иллюстрация принципа Сен-Венана

Абсолютная и относительная деформация

При растяжении возникает удлинение стержня – разница между длиной стержня до и после погрузки. Эта величина называется абсолютной деформацией.

$\Delta l = {l_1} — l$

Относительная деформация – отношение абсолютной деформации к первоначальной длине.

$\varepsilon = \frac{{\Delta l}}{l}$

$\sigma = E \cdot \varepsilon $

Таблица — физико-механические характеристики материалов

Материал	Модуль упругости, х10 10 Па	Коэффициент Пуассона
Сталь	19 – 21	0,25 – 0,33
Чугун	11,5 – 16	0,23 – 0,27
Медь, латунь, бронза	10	0,31 – 0,42
Алюминий	7	0,32 – 0,36
Кирпичная кладка	0,3	0,2
Бетон	1 – 3	0,1 – 0,17
Каучук	0,0008	0,47

Типы пиления

Пила представляет собой режущий острый инструмент с большим количеством лезвий, которые способны работать в пропиле закрытого типа. Пропил – это довольно узкая щель, появляющаяся в древесине при вырезании стружек острыми зубьями рабочего инструмента. Обычно у пропила выделяют боковины, а также дно, именно с ними лезвие вступает во взаимодействие. В зависимости от угла наклона и местоположения пилы по отношению к древесине выделяют несколько типов пиления.

• Продольное. В этом случае плоскость располагается параллельно либо примерно параллельно древесным волокнам. По такому механизму функционирует лесопильные рамы, а еще ленточно- и круглопильные станки, используемые для распиливания бревен, а также брусьев на доски, когда материал раскраивается в продольном направлении и по длине, и по ширине.
• Поперечное. Здесь пила располагается перпендикулярно либо примерно перпендикулярно относительно волокон. В этом случае само пиление производится ручным способом при помощи поперечных пил и ножовок, а также на торцовочных станках. Этот метод обработки волокон древесины используется для раскроя на округлые заготовки, удаления дефектов древесины, а также для придания пиломатериалам необходимого качества и габаритов.
• Смешанное. В этом случае плоскость инструмента может располагаться в диапазоне от 10 до 80 градусов по отношению к древесине.

Говоря о том, какой метод пиления лучше, следует отметить, что поперечное считается более упрощенным, поскольку в этой схеме отсутствует сложный редуктор, который требуется для поворота оси на 90 градусов, шестеренки функционируют гораздо эффективнее, благодаря этому поперечные пилы выносливее, риск выхода мотора из строя гораздо ниже и в целом инструмент служит дольше.

В то же время следует понимать, что некоторые виды работ невозможно сделать никаким другим способом, кроме продольного. Именно поэтому стоит остановиться подробнее на основных параметрах продольного пиления.

Конструкция пильного диска

Для эффективного продольного пиления необходимо правильно выбрать лезвия. Отмечено, что чем больше зубья, тем проще проходит такое пиление (для сравнения, при работе с поперечными пропилами крупные зубья действуют очень грубо и буквально рвут древесину, что приводит к появлению сколов). Впадины между такими зубцами также обязательно должны быть как можно более глубокими – в этом случае отвод стружки будет более качественным. Оптимальное число зубьев для продольной резки варьируется от 20 до 24 шт.

Если в работе вам нужно проводить оба вида пиления, то лучше отдать предпочтение инструменту на кругах с зубцами среднего размера общим числом 46–48 шт.

Применять при работе с продольными пропилами мелкозубчатые диски не следует, это чревато снижением скорости работы, значительным перегревом устройства и такими неприятными последствиями:

• пильный диск начинает накаливаться;
• пила нередко уходит вбок от линии распила;
• в участках перегрева материал начинают «вспучиваться» и трение значительно увеличивается;
• пила деформируется и больше напоминает пропеллер, нежели режущую поверхность.

Для того чтобы снизить вероятность стремительного перегрева, в пильном полотне делают небольшие прорези и отверстия, которые выступают в качестве термокомпенсаторов. Они обычно размещаются с краю по радиусам.

На некоторых моделях они частично заполняются медными составами, что снижает уровень шума и способствует быстрому охлаждению двигателя. Круги для пиления обычно выливают из одного металла (они получили название монолитные) либо с включением напаек из различных твердых сплавов. Каждый из вариантов имеет свои плюсы и минусы.

• Монолитные, как правило, быстро тупятся, поэтому их приходиться точить и исправлять. Впрочем, эта процедура довольно простая и несложная, поэтому ее вполне можно проводить самостоятельно в домашних условиях. Обычно подобные диски используют как для продольного, так и для поперечного пиления. Стоимость такого оборудования довольно демократична.
• Твердосплавные круги стоят гораздо дороже, в то же время период их использования до самой первой заточки продолжительнее. Заточку этого инструмента можно проводить только на специализированном оборудовании. Несмотря на это, именно такие полотна более востребованы у потребителей, поскольку их стоимость окупается намного раньше, чем возникает необходимость в переточке. Твердосплавные диски хорошо работают не только по древесине, но и по таким материалам, как металл, ламинат или прессованные плиты.

Отдельное внимание следует уделить нескольким параметрам электрических пил для продольного использования.

• Радиальное либо торцевое биение. Для проведения особенно точных работ одним из наиболее важных показателей считается отклонение круга от основной плоскости реза. Если имеет место радиальное либо торцевое биение, то оно способно нарушить четкость реза. Оптимально допустимое биение составляет 0,15 мм, а наиболее качественные модели обладают параметром в пределах 0,05 мм.
• Имейте в виду, что продольные распилы не следует проводить дисками для пил-торцовок, они обладают разной траекторией передвижения полотна в деревянной детали. К примеру, круги для маятниковых инструментов обычно располагаются под отрицательным углом – при этом нагрузка на мотор снижается, а рабочие кромки режут быстрее и легче. В результате возрастает КПД, если сравнивать с дисковым кругом, расположенным под положительным углом зубцами. Если такой диск перемешать по траектории маятника, то пила попросту будет врезаться в волокна не самыми острыми участками своих зубов. Все это ведет к повышению нагрузки на мотор, перегреву и снижению эффективности работы. Если диски с заточенными под отрицательным углом зубьями использовать для циркулярной плиты, древесина начнет отталкивать, а опилки будут плохо выходить – в этом случае распил идет намного медленнее.

Тонкости выбора

Пильные насадки для продольного пиления лучше всего покупать в специализированных магазинах – в отличие от небольших торговых точек, здесь в комплект к товару идет полная инструкция и описание для пользователей, а продавцы обладают необходимыми знаниями и могут дать детальную консультацию. Обязательно изучите информацию, размещенную на самом диске. Обычно здесь при помощи стрелок указывают направление резки (поперек либо вдоль), а также максимальную скорость распила в оборотах и угол наклона зубьев. Обычно отрицательный угол обозначается как neg, а положительный – pos. Перед этими обозначениями обычно указывается буква – она показывает величину градусов.

Необходимо визуально осмотреть диск и удостовериться в его качестве. Имейте в виду, что, к примеру, затупившиеся зубья можно наточить, а вот если корпус окажется слабым – исправить этот дефект не представляется возможным.

Обязательно изучите качество шлифования. Если пильный диск хороший, то от центра к краям будут расходиться явно выраженные круги от шлифовки. Они указывают на то, что после штампования такой круг в обязательном порядке калибровали, затем шлифовали и доводили до максимально эффективного рабочего состояния.

Если круги дешевые, то обычно их не подвергают дополнительной доработке, максимум проводят шлифовку целого листа. На плохо отшлифованную поверхность налипает смола со стружками, что существенно мешает работе.

У более дорогих моделей электропил надписи наносят лазером, благодаря чему маркировка сохраняется в течение всего периода использования, что очень важно для последующей заточки инструмента.

Подробнее смотрите в следующем видео.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...