Расчет на усталостную прочность
Расчет заключается в определении коэффициента запаса прочности по усталостному разрушению в опасном сечении. Условие прочности будет выполнено, если расчетный коэффициент запаса прочности n будет не менее допускаемого [n]=1,3.
Коэффициент запаса прочности при циклическом нагружении определяется по формуле:
,
где n – искомый коэффициент запаса прочности вала при одновременном действии изгиба и кручения;
[n] – допускаемый коэффициент запаса прочности, гарантирующий надежность и долговечность вала. В случае расчета деталей общемашиностроительного назначения [n]= 1,3 – 1,4;
nσ – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям (при изгибе);
nτ, – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям (при кручении).
,
где σ-1, τ-1– пределы выносливости при симметричном цикле для материала вала;
σа, τa, σm, τm – амплитуды и средние (соответственно) напряжения при изгибе и кручении.
ψσ, ψτ – коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла (учитывают влияние постоянной составляющей напряжений на величину коэффициента запаса прочности.
Так как валы работают с периодическими остановками, то для касательных напряжений принимают наиболее опасный цикл – отнулевой (пульсирующий). Для нормальных напряжений от изгиба принимают наиболее опасный цикл – симметричный.
Симметричный цикл | Отнулевой цикл |
Значения максимальных нормальных и касательных напряжений определяются по формулам:
,
где Wи – момент сопротивления круглого сечения при изгибе,
Wк – полярный момент сопротивления круглого сечения при кручении, .
Комплексные коэффициенты К (при изгибе – Ки, при кручении – Кк) учитывают влияние основных факторов на пределы выносливости конкретной детали:
,
где Кσ , Кτ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений соответственно при изгибе и кручении;
Kdσ и Kdτ – коэффициенты влияния абсолютных размеров детали (масштабный коэффициент)
;
KFσ и KFτ, – коэффициенты влияния шероховатости поверхности деталей
;
KV – коэффициент влияния поверхностного упрочнения (зависит от способа упрочнения материала, геометрической формы изделия.
Если циклическая прочность недостаточна, то рекомендуются следующие варианты повышения сопротивления усталостному разрушению:
1. Поменять существующую марку стали на сталь с более высоким пределом прочности.
2. В качестве конструктивного мероприятия возможно увеличение сечения вала или изменение конструкции вала.
3. В качестве технологических мероприятий можно выполнить упрочняющую обработку поверхности (закалка с нагревом ТВЧ, дробеструйную обработку, либо накатку роликами).
Меры, повышающие циклическую прочность:
· применение материалов больше однородных по структуре, предпочтительно мелкозернистых;
· принимать очертания детали такие, чтобы снизить концентрацию напряжений, а именно, избегать резких переходов от одного диаметра к другому, избегать острых кромок отверстий и шпоночных пазов, увеличивать радиусы галтельных переходов;
· назначать на рабочей поверхности высокую чистоту обработки (вплоть до полировки в экономически обоснованных случаях).
Дата добавления: 2019-05-21; просмотров: 523;