Установление нагрузок при расчете на выносливость деталей автомобиля

Расчет осей и валов на выносливость

При расчете вращающихся осей и валов на выносливость учитывают все основные факторы, влияющие на усталостную прочность: характер изменения напряжений, статические и усталостные характеристики материалов, изменение предела выносливости вследствие концентрации напряжений и влияние абсолютных размеров осей или валов, состояние поверхности. Для учета всех этих факторов конструкция вала должна быть известна.

Расчет осей и валов на выносливость заключается в том, что для каждого опасного сечения определяют действительный коэффициент запаса усталостной прочности «n» и сравнивают его с допускаемым [n]. Следовательно, расчет вала на выносливость осуществляют как проверочный.

Оси

Неподвижная ось, напряжения в которой изменяются по нулевому циклу (σа = σm):

.

Вращающаяся ось напряжения в которой соответствуют симметричному циклу

.

При сложном напряженном состоянии и любых циклах изменения напряжений действительный коэффициент запаса прочности «n» равен

,

где nσ – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям изгиба;

nτ – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям кручения.

Значения этих коэффициентов определяют по формулам:

,

.

При расчете принимают, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу , σm= 0,

а касательные – по пульсирующему отнулевому циклу

.

Реверсивный вал работает на чистое кручение

,

σа и τа – амплитудное значение напряжений при знакопеременном симметричном цикле ,

при отнулевом ,

σm и τ среднее напряжение цикла, при симметричном, знакопеременном цикле σm = 0,

при общенулевом цикле ,

где σ-1 и τ-1 – пределы выносливости соответственно при изгибе и при кручении для симметричного цикла изменения напряжений.

σа и τа – амплитуды циклов при изгибе и кручении.

Можно считать, что нормальные напряжения, возникающие в напряженном сечении вала от изгиба, изменяются по симметричному циклу

, .

Так как величина момента, передаваемого валом является переменной, то при расчете принимают для касательных напряжений наиболее неблагоприятный знакопеременный

цикл – отнулевой (пульсирующий цикл), тогда

,

где σm и τm – средние напряжения циклов при изгибе и кручении.

Кσ и Кτ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении.

Wнетто – момент сопротивления сечения вала с учетом шпоночной канавки.

При изгибе .

При кручении .

В зависимости от фактора концентрации: галтель, кольцевая выточка (канавка), поперечное отверстие, шпоночная канавка, шлицы, резьба, прессовая посадка и состояния поверхности (вид обработки) значения коэффициентов Кσ и Кτ принимают по таблицам.

При действии в одном и том же сечении вала нескольких факторов концентрации напряжений от формы, учитывают наиболее опасный их них, а общий эффективный коэффициент концентрации напряжений от формы и состояния поверхности определяют по формуле:

где КσФ и КτФ – эффективные коэффициенты концентрации от формы.

КτФ и КτП – эффективные коэффициенты концентрации от состояния поверхности

ε – масштабный фактор – коэффициент, учитывающий влияние размеров сечения вала на его прочность. Значения ε определяют по таблицам в зависимости от вида деформации и диаметра вала.

β – коэффициент упрощения, характеризующий повышение предела выносливости в зависимости от вида поверхностной обработки вала (термообработка, дробеструйный наклеп, накатка роликами). Выбирается β (1,1…2) выбирается по таблицам.

ψσ и ψτ коэффициенты, учитывающие влияние асимметрии цикла напряжений на прочность вала при изгибе и кручении. Их значения находят из таблицы в зависимости от величины σβ материала вала.

Допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности [n] принимают в зависимости от назначения вала и точности расчетов.

Если диаметры валов определяются условиями жесткости, то значения [n] могут быть значительно выше.

При точном определении расчетных нагрузок, точных расчетах, однородном материале вала

Различают изгибную и крутительную жесткость валов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9857 – | 7659 – или читать все.

33) Валы и оси. Критерии работоспособности. Расчет на выносливость.

Валы и оси служат для размещения на них вращающихся деталей и обеспечивают их вращение. Вал отличается от оси тем, что передает вращающий момент от одной детали к другой а ось не передает.

В сечении вала действует напряжение изгиба () и кручения ()

Момент трения в подшипниках очень мал по сравнению с другими моментами действующими на валу и он принимается равный нулю.

Существует 3 типа валов:

гибкий – это оболочка, внутри который устанавливают тросс, полость между оболочной и тросом заполняют густой смазкой;

коленчатый – вал, который преобразуют поступательное движение во вращательное и наоборот;

прямой вал (гладкий имеет один и тот же номинальный размер, ступенчатый).

Расчет на выносливость:

kF – к-т учитывающий шероховатость поверхности

kd – к-т учитывающий размер сечения

kG kτ – к-ты концентрации нагрузки

ψG ψτ – к-ты учитывающие чувствительность материала к ассиметри цикла.

34) Подшипники качения. Конструктивные схемы отсновных типов. Классификация. Обозначения.

Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения, которое существенно меньше зависит от смазки.

1. По направлению воспринимаемой нагрузки

1.1 радиальные – воспринимают только радиальную или преимущественно радиальную нагрузки

1.2 радиально-упорные – воспринимают как радиальную так и осевую нагрузки

1.3 упорные – воспринимают только осевую нагрузку

2. По форме тел качения.

2.2 роликовые (короткие цилиндрические, длинные игольчатые , витые, конические, бочкообразные).

3. По числу рядов тел качения

4. По способности самоустанавливаться

4.2 Не самоустанавливающиеся

5. По размерам делятся на серии, размеры меняются по диаметру и ширине: особо легкая, легкая, легкая широкая, средняя, средняя широкая, тяжелая.

А – если есть, то подшипник повышенной точности, если нет то обычный.

B – если есть, то подшипник имеет отклонение от основного типа

С – определяет тип подшипника

D – определяет серию по диаметру

F – число умноженное на 5 даст диаметр подшипника

Подшипник состоит из наружного кольца, внутреннего кольца, тела качения, сепаратора, беговых дорожкек на кольцах.

Тип 0 – шариковый радиальный. Допускает перекос колец 15’, может воспринимать осевые нагрузки но меньше радиальных

Тип 6 – Шариковый радиально упорный. Отличается от типа 0, толщиной наружного кольца, углом пово-рота беговой дорож-ки.В большей степе-ни воспринимает осе-вую силу.

Тип 1 – Шариковый двурядный самоуста-навливающийся. На внутреннем кольце 2 дорожки. Шарики располагаются в ша-хматном порядке. Допускается значи-тельный перекос 2..3 ᵒ

Тип 2 – Радиальный с короткими цил. ролик.

Не может восприни-мать осевую нагрузку, передает только радиа-льную. Съемное нару-жное кольцо. Допус-каемый перекос 4’

Тип 7 – Радиально упорный роликовый конический.

применяется для пе-редачи радиальных и осевых нагрузок, при средних и низ-ких частотах

Тип 8 – упорный шарико-вый однорядный.

Расчет на выносливость, а также на совместное воздействие силовых факторов и неблагоприятного влияния внешней среды

При многократном приложении усилий к элементу в бетоне и арматуре могут развиваться усталостные повреждения и разрушение может наступить при напряжениях, значительно более низких, чем при однократном загружении. Чтобы гарантировать конструкцию от усталостных разрушений, производят расчет на выносливость.

Читайте также:  Устройство Audi TT

Мосты под автомобильную дорогу на выносливость не рассчитывают потому, что тяжелые автомобильные нагрузки обращаются по мостам сравнительно редко, а для развития усталостных повреждений необходимо большое число циклов загружении, соизмеримое с базовым числом 2∙10 6 .

При расчете на выносливость усилия в элементах конструкции определяют без коэффициентов перегрузки. Эти коэффициенты учитывают случайное превышение нагрузки по сравнению с ее нормативной величиной, а многократное повторение этой случайности для временных нагрузок маловероятно. Кроме того, из расчета исключают воздействие редко обращающихся тяжелых транспортеров, умножая эквивалентную временную нагрузку на коэффициент ε н б1 – предварительное напряжение в бетоне на уровне центра тяжести площади преднапряженной арматуры Fн, определяемое аналогично σб1.

где Rʹн, kρн – расчетное сопротивление для расчета на выносливость напрягаемой арматуры и поправочный коэффициент к нему, зависящий от коэффициента асимметрии цикла для арматуры ; Rʹпр, kρб – то же, для бетона. Здесь должен быть определен свой коэффициент асимметрии цикла

Для внецентренно сжатых, а также внецентренно растянутых элементов напряжения определяют, как показано выше для изгибаемых элементов, но находят их с учетом нормальной силы.

Предварительно напряженные элементы, к которым предъявляют требования II категории трещиностойкости и, следовательно, допускают образование трещин в бетоне, рассчитывают на выносливость с учетом выключения из работы растянутой зоны бетона.

Рассмотрим подробно расчет изгибаемых элементов. Для сечения произвольной симметричной формы с одиночной преднапрягаемой арматурой эпюра напряжений показана на (рис. 17.18).

Рис. 17.18 – Схема к расчету на выносливость преднапряженных балок (II категория)

В данном случае высота сжатой зоны хʹ зависит от величины предварительного напряжения в арматуре. Для определения этой высоты, а также напряжений в арматуре и бетоне можно составить два уравнения равновесия сечения и одно уравнение деформаций.

Уравнение деформаций записывается на основании гипотезы плоских сечений. При увеличении изгибающего момента в сечении сначала достигается состояние, при котором напряжения в бетоне на уровне арматуры равны нулю. В этот момент напряжения в арматуре равны σн. Эту величину назначают по расчету на трещиностойкость. При дальнейшем увеличении изгибающего момента напряжения в арматуре будут возрастать и при действии полного изгибающего момента будут равны σн + Δσн. Напряжения в наиболее сжатой фибре бетона достигнут величины σб. Сечение, оставаясь плоским, повернется. Можно составить соотношение между относительными деформациями арматуры и бетона или, пользуясь законом Гука, выразить это соотношение через напряжения:

В последних трех формулах σб – напряжение в наиболее сжатой фибре бетона; σн – предварительное напряжение в арматуре, действующее, когда к сечению приложен изгибающий момент, вызывающий нулевые напряжения в бетоне на уровне расположения арматуры; Δσн – добавочное напряжение в преднапряженной арматуре; хʹ – высота сжатой зоны; Fн – площадь преднапряженной арматуры; Мʹ – изгибающий момент в сечении; Sб, Iб – статический момент и момент инерции сжатой зоны бетона относительно нейтральной оси сечения; nʹ – отношение модулей упругости арматуры и бетона с учетом деформаций виброползучести бетона.

Из вышеприведенных уравнений можно выразить напряжения в арматуре и бетоне. Условия выносливости:

В качестве примера приведем формулы для частного случая – таврового или коробчатого сечений с двойной преднапряженной арматурой.

Высота сжатой зоны может быть найдена из уравнения

где е – эксцентриситет приложения усилия предварительного напряжения Nпн относительно центра тяжести арматуры Fн с учетом момента от внешних нагрузок Мʹ; ; е – тот же эксцентриситет без учета момента от внешних нагрузок;

– суммарное усилие преднапряжения;

Определив xʹ, можно вычислить

Рассмотрим расчет на совместное воздействие силовых факторов и неблагоприятного влияния внешней среды. Название этой расчетной проверки, вошедшее в нормативные документы, не совсем точно отражает существо расчета. Ее следовало бы назвать расчетом на появление микротрещин в бетоне.

Экспериментами профессора О. Я. Берга доказано, что при повышении сжимающих напряжений в бетоне наступает момент, когда многие свойства бетона быстро изменяются. Резко увеличивается, например, приращение относительной деформации сжатия бетона или уменьшается модуль его деформации, увеличивается водопроницаемость бетона, уменьшается скорость распространения в бетоне ультразвука и т. п. Изменение этих свойств свидетельствует о появлении и распространении микротрещин в бетоне.

Появление микротрещин в бетоне может произойти при эксплуатационных или близких к ним нагрузках. В отличие от усталостных трещин микротрещины возникают при однократном загружении или при небольшом числе загружении. Поэтому деформации виброползучести бетона могут не появиться.

При расчете на появление микротрещин в бетоне следует определить наибольшие сжимающие напряжения в бетоне σб. При этом элементы считают работающими в упругой стадии. В необходимых случаях, если к элементам предъявляют требования II и III категорий трещиностойкости, бетон растянутой зоны исключается. Определение напряжений ведут по тем же формулам, что и при расчете на выносливость, с той разницей, что при определении геометрических характеристик сечений в расчет вводят отношение модулей упругости арматуры и бетона без учета виброползучести бетона n1 (вместо nʹ). Условием удовлетворения элемента расчетным требованиям является

Выносливость деталей машин при переменных напряжениях

Многие детали машин или их элементы, такие, как валы, зубья зубчатых колес и другие, работают в условиях, когда возникающие в них напряжения периодические изменяют свое значения или значение и знак.

По характеру изменения во времени нагрузки в машинах делят на постоянные и переменные.

Постоянные нагрузки могут вызывать переменные напряжения. Так, при вращении вала, нагруженного изгибающим моментом, один и те же волокна его оказываются попеременно то в растянутой, то в сжатой зоне. Так же поочередный вход в зацепление зубьев колес вызывает в них изменение напряжений.

Причиной изменения напряжений может быть и переменный характер действия внешней нагрузки. Переменность нагрузки, например, автомобиля может связана: с загрузкой (автомобиль может ехать с полной загрузкой, с частичной или без груза), с рельефом местности (езда под гору, по ровной местности, в гору), с видом и качеством дорожного полотна или грунта (грунтовая дорога, асфальт, булыжная мостовая), с остановом и разгоном у светофора, с квалификацией водителя и т.д. Каждый из этих факторов может изменять нагрузку в несколько раз.

Характеристикой напряженности детали является цикл напряжений – совокупность последовательных значении напряжений за один период при регулярном нагружении. В случае действия касательных напряжении остаются в силе все приведенные ниже термины и соотношения с заменой на . Продолжительность одного цикла нагружения называют периодом и обозначают Т (рис.8.1). Напряжения с одним максимумом и одним минимумом в течение одного периода при постоянстве параметров цикла называют регулярным нагружением.

Цикл переменных напряжении характеризуют (рис.8.1):

Читайте также:  Установка турбокомпрессора

1. максимальным напряжением ;

2. минимальным напряжением ;

3. средним напряжением ;

4. амплитудой цикла ;

5. коэффициентом асимметрии цикла ;

6. характеристикой цикла , , .

7. коэффициентом амплитуды

Рис.8.3
Рис. 8.1

Если R=0 ( = 0; ; ; а=0,5),то имеем отнулевой цикл напряжений (рис.8.1, в).

Если ( 0; ; ; а=1), то цикл напряжений называется симметричным (рис.8.1а). Этот цикл является наиболее неблагоприятным для работы детали, так как характеризуются изменением не только значения, но и знака действующих напряжений (знакопеременный цикл).

Если R=1 ( ; ; ; а=0), действуют постоянные статистические напряжения.

Во всех других случаях – циклы напряжения асимметричные (рис.8.1, б, г), ; ; (-1; -0,5; 0; +0,5; +1); ; .

Рассмотрим определение числа циклов нагружения на примере вала, подверженного действию изгибающего момента и вращающегося с частотой вращения n, мин -1 (угловой скоростью , с -1 ).

Продолжительность одного цикла изменения напряжения, т.е. период Т, с:

Общее число циклов за промежуток время Lh, ч:

(1)

Усталость деталей машин

Опыты показывают, что детали машин длительное время подвергавшиеся действию переменных напряжений, разрушаются при напряжениях, значительно меньших, чем временное сопротивление (иначе предел прочности).

Разрушение при циклическом нагружении происходит вследствие возникновения микротрещин в зоне концентрации напряжений. Трещины постепенно развиваются, проникая вглубь, поперечное сечение деталей ослабляется и в некоторый момент происходит мгновенное разрушение.

Под усталостью понимают процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящих к изменению свойств, образования трещин, их развитию и разрушению. Свойство материала противостоять усталости называется выносливостью.

Предел выносливости материалов. Для расчетов на прочность при повторно – переменных напряжениях требуется знание механических характеристик материала. Их определяют испытанием на сопротивление усталости серии стандартных тщательно отполированных образцов на специальных машинах. Наиболее простым является испытание на изгиб при симметрическом цикле напряжений.

Задавая образцам различные значения напряжений , определяют число циклов N, при котором произошло их разрушение. По полученным данным строят кривую N, называемую кривой усталости Если данную кривую построить в логарифмических координатах, то приобретает вид прямой (рис.8.2). Как видно из рис.8.2, а при малых напряжениях образец, не разрушаясь, может выдержать очень большое число циклов нагружения.

Условным пределом выносливости или пределом ограниченной выносливости называется наибольшее максимальное напряжение, при котором не происходит разрушение, когда осуществляется определенное число циклов, принятое за базу – .

В логарифмических координатах уравнение соответствует прямой линии с показателем кривой выносливости для гладких образцов при симметричном цикле.

Для конструкционной и легированной стали предел выносливости находится в точке пересечения левой и правой ветви выносливости (рис.8.2 а). Вообще допущение о горизонтальности правой ветви выносливости противоречит физической сущности явления усталости, так как усталость как результат потерь на гистерезис при нагружении и разгрузке детали переменного режима работы.

Из обобщенных диаграмм наиболее распространены диаграмма Смита (рис.8.2, б) где рассмотрены пределы выносливости при изгибе, растяжении-сжатии и кручении для коэффициента асимметрии , характеристики цикла , коэффициента амплитуды . Располагая диаграммами Смита для различных материалов и видов нагружения, можно производить расчет на усталость при любом значении коэффициента асимметрии цикла.

Для образцов и деталей при коэффициенте асимметрии пределы выносливости для нормальных напряжении обозначают и , а при кручении по симметричному циклу и . Соответственно для отнулеванного цикла ; и ; .

При отсутствии табличных экспериментальных данных по ГОСТ 25.504-82 принимают следующие соотношения:

; ;

;

где – математическое ожидание предела прочности из 14 образцов по 14 плавкам. Так для углеродистой стали:

; ; .

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-16; Нарушение авторского права страницы

Нормативные документы

Главное меню

СНиП 2.05.03-84 МОСТЫ И ТРУБЫ
Автор Редактор контента
06.03.2013 г.

Расчет на выносливость

3.91*. Расчету на выносливость подлежат элементы железнодорожных мостов, мостов под пути метрополитена, совмещенных мостов и плиты проезжей части автодорожных и городских мостов; при толщине засыпки менее 1 м — ригели рам и перекрытия прямоугольных железобетонных труб, включая места их сопряжения со стенками.

На выносливость не рассчитывают:

фундаменты всех видов;

звенья круглых труб:

прямоугольные трубы и их перекрытия при толщине засыпки 1 м и более;

стенки балок пролетных строений;

бетон растянутой зоны;

арматуру, работающую только на сжатие;

железобетонные опоры, в которых коэффициенты асимметрии цикла напряжений превышают в бетоне 0,6, в арматуре — 0,7.

Если при расчете на выносливость железобетонных опор и перекрытий труб напряжения в арматуре не превышают 75 % установленных расчетных сопротивлений (с учетом коэффициентов условий работы по пп. 3.26* и 3.39*), то дополнительные ограничения по классам арматуры и маркам стали, указанные в п. 3.33* для арматуры, рассчитываемой на выносливость при средней температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки ниже минус 40 °С, могут не выполняться.

3.92*. Расчет на выносливость элементов (или их частей) предварительно напряженных железобетонных конструкций, отнесенных к категориям требований по трещиностойкости 2а или 2б (см. п. 3.95*), по сечениям, нормальным к продольной оси, следует производить по приведенным ниже формулам, подставляя абсолютные значения напряжений и принимая сечения элементов без трещин:

а) при расчете арматуры растянутой зоны:

; (111)

; (112)

б) при расчете бетона сжатой зоны изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементов:

; (113)

(114)

(знак напряжений при расчете статически неопределимых конструкций может изменяться на противоположный).

В формулах (111) — (114):

sp.max, sp.min — напряжения в напрягаемой арматуре соответственно максимальные и минимальные;

spl — установившиеся (за вычетом потерь) предварительные напряжения в напрягаемой арматуре растянутой зоны;

sel,c — снижение напряжения в напрягаемой арматуре растянутой зоны от упругого обжатия бетона согласно п. 3.93;

где nl — отношение модулей упругости согласно п. 3.48*:

mapl — коэффициент условий работы арматуры, учитывающий влияние многократно повторяющейся нагрузки согласно п. 3.39*;

Rp — расчетное сопротивление напрягаемой арматуры согласно п. 3.37*;

sbc.max, sbc.min — сжимающие напряжения в бетоне соответственно максимальные и минимальные;

sbcl — установившиеся (за вычетом потерь) предварительные напряжения в бетоне сжатой зоны;

sbrg, sbcv — напряжения в бетоне от постоянной нагрузки соответственно растянутой и сжатой зон;

sbn, sbcg — напряжения в бетоне от временной нагрузки соответственно растянутой и сжатой зон;

mbl — коэффициент условий работы бетона, учитывающий влияние многократно повторяющейся нагрузки согласно п. 3.26*;

Rb — расчетное сопротивление бетона сжатию согласно п. 3.24*.

П р и м е ч а н и е. При расчете как на выносливость, так и на трещиностойкость, при oпределении напряжений в бетоне с учетом приведенного сечения, в формулах напряжения в арматуре, напрягаемой на упоры, принимают без их снижения от упругого обжатия бетона (пои условии, если при расчете всю арматуру, имеющую сцепление с бетоном, включают в приведенные характеристики сечения).

3.93. Напряжения в напрягаемой арматуре следует вычислять с учетом снижения от упругого обжатия бетона sel,c, которое при одновременном обжатии бетона всей напрягаемой на упоры арматурой необходимо определять по формуле

. (115)

При натяжении арматуры на бетон в несколько этапов снижение предварительного напряжения в арматуре, натянутой ранее, следует определять по формуле

. (116)

В формулах (115) и (116):

nl отношение модулей упругости согласно п. 3.48*;

sbp — предварительное напряжение в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры, вызываемое обжатием сечения всей арматуры;

Dsb — напряжение в бетоне на уровне центра тяжести арматуры, вызываемое натяжением одного пучка или стержня с учетом потерь, соответствующих данной стадии работы;

ml — число одинаковых пучков (стержней), натянутых после того пучка (стержня), для которого определяют потери напряжения.

3.94*. Расчет на выносливость элементов железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой производится по формулам сопротивления материалов без учета работы бетона растянутой зоны. Этот расчет допускается производить по формулам, указанным в табл. 38*.

Формулы табл. 38* могут использоваться для определения по их левым частям значений smin и smax при вычислении коэффициентов r, приведенных в табл. 26, 32* и 33*.

При расчете по формуле (121) следует учитывать указания п. 3.91* о расчете на выносливость также и преимущественно сжатой арматуры при знакопеременных напряжениях.

Аналогичным образом следует выполнять расчет внецентренно растянутых элементов. При расчете центрально-растянутых элементов все растягивающее усилие передается на арматуру.

Кроме расчета на выносливость сечения должны быть рассчитаны по прочности.

Детали машин и основы конструирования

Виды нагрузок, действующие на детали машин.

Нагрузки на детали машин и напряжения в них, как известно, могут быть постоянными и переменными по времени.

Нагрузки на детали машин делятся на:

Расчетная нагрузка Ррасч определяется произведением номинальной нагрузки и коэффициента нагрузки К:

К учитывает динамичность нагрузки и некоторые другие факторы.

По характеру действия нагрузки делят на:

статические – длительно действующие на деталь, но постоянно и медленно изменяющиеся в период снятия и приложения нагрузки.

повторные или переменные установившегося и неустановившегося режимов.

нагрузки малой продолжительности или ударные с коротким циклом изменения напряжения.

Детали, подверженные постоянным напряжениям в чистом виде, в машинах почти не встречаются. Постоянная, неподвижная в пространстве нагрузка вызывает во вращающихся деталях (валах, осях, зубьях зубчатых колёс) переменные напряжения. Однако некоторые детали работают с мало изменяющимися напряжениями, которые при расчёте можно принимать за постоянные. К таким деталям могут быть отнесены детали с большими нагрузками от силы тяжести (в транспортных и подъёмно – транспортных машинах), детали с большой начальной затяжкой (заклёпки, часть крепёжных винтов и пружин) и детали с малым общим числом плавных нагружений.

Переменные напряжения, прежде всего, характеризуются циклом изменения напряжений (отнулевым, знакопеременным симметричным и ассиметричным знакопостоянным или знакопеременным циклами).

Нагрузки могут изменяться плавно или прикладываться внезапно (удары). Существенные ударные нагрузки действуют в машинах ударного действия и в транспортных машинах. Удары также бывают связаны с работой механизмов(переключением зубчатых колёс и кулачковых муфт на ходу, использованием упоров и т.д.), с погрешностями изготовления и увеличенными зазорами в сопряжениях. Очень опасны удары при авариях. Основная характеристика сопротивления удару – ударная вязкость.

Статическим нагрузкам соответствуют статические напряжения, неизменяющиеся в течение длительного времени ни по величине, ни по направлению: заклепки, часть крепежных винтов и пружин, элементы котлов и резервуаров.

Переменным нагрузкам соответствуют переменные напряжения, которые характеризуются циклом изменения напряжения.

В деталях машин возникают следующие циклы:

1) Пульсационный или отнулевой цикл, при котором напряжения изменяются от 0 до max и обратно до нуля (зубья зубчатых колес, работающих в одну сторону, штоки, толкатели и шатуны тихоходных машин, малонагруженные при обратном ходе).

Вычислим некоторые параметры этого цикла:

среднее напряжение цикла:

Растяжение – со знаком «+», сжатие – с «–», кручение – «+» или «–» выбирается условно в зависимости от выбранного напряжения.

2) Знакопеременный симметричный цикл, при котором напряжения изменяются от отрицательного до такого же по абсолютной величине положительного значения (значение изгиба при вращающихся валах).

σ-1; τ-1 – пределы выносливости при симметричном цикле.

3) Знакопостоянный (винты и пружины) или знакопеременный (большинство деталей); ассиметричные циклы – наиболее общее понятие.

Ассиметричные циклы – частные случаи динамических переменных нагрузок. При расчетах ударные нагрузки приводятся к статическим через коэффициент динамичности.

Допускаемые и предельные напряжения. Запас прочности. Табличный и дифференциальный методы определения допускаемых напряжений и запаса прочности.

Под допускаемым напряжением понимают максимальное значение рабочего напряжения, которое может быть допущено в сечении детали при условии обеспечения необходимой надёжности детали во время эксплуатации.

Условия прочности записываются в виде:

F – нагрузка; A – сечение; – предельное напряжение детали; τ и σ – рабочие напряжения; nσ, nτ – запас прочности.

(1) – расчёты по допускаемым напряжениям; (2) – расчёты по коэффициентам запаса (более точны).

Предельное напряжение – такое напряжение, при котором деталь или ломается или прекращается её нормальная работа из – за больших остаточных деформаций.

При упрощённых расчётах запас прочности (общий) берут из справочников.

Для того чтобы учесть факторы, влияющие на выбор допускаемых напряжений, применяется дифференциальный метод определения запаса прочности:

[n] = n1n2n3, где n1 учитывает точность определения усилий, напряжений, а также точность расчётной схемы; n2 учитывает неоднородность материала и его чувствительность к нарушению процесса термической и механической обработки – отклонение механических свойств материала от нормальных; n3 предусматривает увеличение запаса прочности для обеспечения более длительного срока использования ответственных деталей и для повышения их надёжности в процессе эксплуатации – коэффициент безопасности. При переменных напряжениях разрушение детали происходит в результате развития трещины усталости. За предел напряжения принят предел выносливости σ-1.Допускаемые напряжения в этом случаи определяются:

– при растяжении, сжатии;

– при изгибе;

– при кручении, где

εσ, εσ – масштабные факторы – отношение предела выносливости детали к пределу выносливости лабораторного образца;

Кσ, Кτ – эффективные коэффициенты концентрации напряжения – отношение предела выносливости образца с концентрацией напряжений к пределу выносливости образца без концентрации напряжений и теми же размерами сечения, что гладкого образца;

β – коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности, упрочнения поверхности и ХТО;

σ-1 – предел выносливости для лабораторного образца;

КL – коэффициент долговечности; , где m – показатель уравнения кривой выносливости; N0 – базовое число циклов переменного напряжения; NЕ – эквивалентное число циклов переменного напряжения.

Расчёт на прочность при нестационарных переменных напряжениях, т.е. напряжениях с меняющимися амплитудами, основан на уравнении суммирования повреждений:

, где:

nцi – общее число циклов действия некоторого напряжения σi;

Nцi – число циклов до разрушения при том же напряжении;

А – экспериментальный коэффициент.

Табличный метод определения допускаемых напряжений:

Этот метод является одним из самых старейшим.

Имеются специализированные по отраслям машиностроения таблицы для выбора допускаемых напряжений, которые позволяют рассчитывать детали с наименьшим, но обоснованным практикой, значением запаса прочности.

Читайте также:  Устройство двигателя
Ссылка на основную публикацию