Учет режима нагружения при определении допускаемых напряжений

В расчетах на сопротивление усталости действие кратковременного момента перегрузки Т_пик не учитывают, а фактический переменный режим нагружения заменяют эквивалентным (по усталостному воздействию) постоянным режимом с номинальным моментом Т_н (обычно наибольшим из длительно действующих) и эквивалентным числом N_E циклов нагружения.

В расчетах на контактную выносливость переменность режима нагружения учитывают при определении коэффициента долговечности Z_N – вместо назначенного ресурса N_k подставляют эквивалентное число циклов N_НЕ,

. (3.7)

где μ _Н – коэффициент эквивалентности.

При этом проверяют условие: если N_HE ≥ N_HG , то принимают Z_N = 1.

На основе статистического анализа нагружения различных машин установлено, что при всем многообразии циклограмм моментов (нагрузок) их можно свести к нескольким типовым: I – тяжелый (работа большую часть времени с нагрузками, близкими к номинальной); II – средний равновероятностный (одинаковое время работы со всеми значениями нагрузки); III – средний нормальный (работа большую часть времени со средними нагрузками); IV – легкий (работа большую часть времени с нагрузками ниже средних); V – особо легкий (работа большую часть времени с малыми нагрузками); 0 – постоянный режим нагружения.

Тяжелый режим (I) характерен для зубчатых передач горных и строительных машин, средние: равновероятностный (II) и нормальный (III) – для транспортных и дорожных машин, легкий (IV) и особо легкий (V) – для универсальных металлорежущих станков.

Значения коэффициентов эквивалентности μ_H и μ_F для типовых режимов нагружения приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Значения коэффициентов эквивалентности

Обозначение режима	Коэффициенты эквивалентности
	μН	μF
		НВ ≤ 350 q = 6	НВ ≥ 350 q = 9
0 I II III IV V	1 0,500 0,250 0,180 0,125 0,063	1,0 0,300 0,143 0,065 0,038 0,013	1,0 0,200 0,100 0,036 0016 0,004

Допускаемое напряжение [σ]_Н для цилиндрических и конических передач с прямыми зубьями равно меньшему из допускаемых напряжений шестерни [σ]_Н1 и колеса [σ]_Н2.

Для цилиндрических и конических передач с непрямыми зубьями (косозубых), в связи с расположением линии контакта под углом к полюсной линии допускаемые напряжения можно повысить до значения

(3.8)

при выполнении условия:

для цилиндрических передач [σ]_Н ≤ 1,25[σ]_Hmin,

для конических передач [σ]_Н < 1,15[σ]_Hmin,

где [σ]_Hmin – меньшее из двух: [σ]_Н1, [σ]_Н2.

Если это условие не выполнено, то значение [σ]_Н принимают равным:

для цилиндрических передач [σ]_Н = 1,25[σ]_Hmin,

для конических передач [σ]_Н = 1,15[σ]_Hmin

Допускаемые напряжения изгиба, МПа, зубьев шестерни [σ]_F1 и колеса [σ]_F2 определяют по общей зависимости (3.1), но с подстановкой соответствующих параметров для шестерни и колеса, учитывая влияние на сопротивление усталости при изгибе долговечности (ресурса), шероховатости поверхности выкружки (переходной поверхности между смежными зубьями) и реверса (двустороннего приложения) нагрузки:

, (3.9)

где σ_{F lim} – предел выносливости при отнулевом цикле изменения напряжений, МПа;

S_F – коэффициент запаса прочности;

Y_N – коэффициент долговечности;

Y_R – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости;

Y_A – коэффициент, учитывающий влияние реверсирования нагрузки.

Предел выносливости σ_{F lim} при отнулевом цикле напряжений вычисляют по эмпирическим формулам (табл. 3.4).

Минимальные значения коэффициента запаса прочности: для цементованных и нитроцементованных зубчатых колес – S_F = 1,55; для остальных – S_F = 1,7.

Коэффициент долговечности Y_N учитывает влияние ресурса

, при условии 1 ≤ Y_N ≤ Y_Nmax, (3.10)

где Y_Nmax = 4 и q = 6 для улучшенных зубчатых колес (НВ ≤ 350); Y_Nmax = 2,5 и q = 9 для закаленных и поверхностно упрочненных зубьев (НВ ≥ 350). Число циклов, соответствующее перелому кривой усталости, N_FG = 4 · 10⁶.

Заданный ресурс N_k и эквивалентное число циклов N_FE вычисляют по формулам (3.5) и (3.11) так же, как и при расчетах по контактным напряжениям.

В соответствии с кривой усталости напряжения σ_F не могут иметь значений, меньших σ_Flim. Поэтому при N_k > N_FG принимают N_k = N_FG .

Таблица 3.4