книги из ГПНТБ / Григорьев, К. М. Основы циклической прочности учебное пособие

Р и с . 36. Прессовые посадки:

а) на концах сопряжения возникают пики напряжений за счет

стеснения деформации свободными от сжатия частями вала; б) кольцевая выточка на втулке снижает жесткость на концах сопряжения; в) оптимальная форма выточки; г) если одновре­

менно устранить стеснение деформации, обточив свободные участки вала, то концентрация практически изчезает.

Закалка токами высокой частоты и цементация повышают прочность, предел выносливости у деталей, обработанных этими способами значительно выше. Но не исключена возможность при закалке получить трещины, снижающие усталостную проч­

ность.

Азотирование применяется для повышения усталостной прочности деталей машин, режим работы которых характерен опасностью износа или коррозии. Различают два вида азоти­ рования — азотирование с целью упрочнения и противокорро­ зийное азотирование. Предел выносливости повышается до

30°/о и выше.

К числу наиболее часто применяемых покрытий поверхности стальных деталей относятся хромирование, никелирование, мед­ нение, цинкование и оксидирование. Эксплуатационные и экс­ периментальные данные показывают, что покрытия могут в значительной степени изменить сопротивляемость усталости стальных деталей, причем часто наблюдается снижение преде­ ла выносливости, поверхность которых обработана одним из

перечисленных способов (до 15-т-40°/о).

С повышением температуры увеличивается предел вынос­ ливости, с понижением температуры сопротивление усталости

80

изменения внешних нагрузок, а амплитуда упруго-пластиче- \ ских деформаций изменяется от цикла к циклу в зависимости

от свойств материала; жесткого способу нагружения,, когда образцу задается за­

кон изменения деформаций или перемещений, а амплитуда напряжений переменна по числу циклов.

Малоцикловая усталость характеризуется, когда число цик­ лов до разрушения образца по ГОСТу 2860—65 не превышает 2-105 и частота не более 50 цикл/мин. Более подробные све­ дения о малоцикловой усталости даны в методических разра­ ботках кафедры (В. И. Добровольский). В них рассмотрены методы испытаний, вопросы прочности, пластичности и условия разрушения материалов при малом числе циклов нагружения.

Различные отрасли современного машиностроения предъяв­ ляют высокие требования к надежности изделий, особенно тех, которые подвержены действию ударно-циклических нагрузок. Они возникают в процессе совместной работы сопряженных деталей машин и механизмов (зубчатые колеса, цепные переда­ чи, автоматические машины); при осуществлении технологиче­ ских процессов ковки и штамповки; при столкновении дви­ жущегося тела с преградой и т. д. В большинстве случаев эти детали раньше других выходят из строя, вследствие усталост­ ного разрушения, лимитируя долговечность узла, машины или конструкции в целом.

Несмотря на важность проблемы сопротивления материа­ лов ударно-усталостному разрушению в настоящее время мало данных, отражающих прочность ударно-циклического нагру­ жения. Использование же данных обычной усталости для рас­

что испытание образцов на ударно-циклическую прочность ниче­ го нового не дает по сравнению с результатами испытаний образ­ цов при циклическом нагружении. Большой вклад в решение этой проблемы внесли советские ученые И. В. Кудрявцев, А. И. Лампси, Я. Б. Фридман, Е. В. Александров и др.

Широкие исследования ударно-усталостной прочности мате­ риалов и деталей машин проводят ученые вузов Сибири и Урала- Г. В. Топоров, Н. В. Воробьев, В. А. Карпунин и др.

■82

Г л а в а VIII

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА НА ЦИКЛИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ

§ 1. Расчет болтовых соединений

Пример 1.

Определить запас прочности в неразрезной части шатунно­ го болта тракторного двигателя, если наибольшая сила инер­ ции, приходящаяся на один болт, Р = 370 кг, наружный диаметр равен 12,7 мм, резьба Витворта; отношение жесткости болта к жесткости соединительных частей, по опытным данным, равно

Сила, разгружающая соединительные части от предвари­ тельного сжатия

р* - р е т с г - 370' £ " 222 “ -

Принимаемая сила предварительного натяжения болта Т= 1,5, Р2=333 кг.

Минимальное нормальное напряжение в нарезанной части болта

(тт1п= |г- = р |- =425 кг/см2.

Максимальное усилие, развивающееся в болте от инерционных сил

ное касательное напряжение от крутящего момента, возникаю­ щего при закручивании гайки (благодаря трению между резь­ бой болта и резьбой гайки).

84

Пример 2.

Определить коэффициент запаса прочности для опасного се­ чения поршневого пальца авиационного двигателя. Палец нагружается силой Р, изменяющейся в пределах Ртах = 5200 кг,

85

§ 2 Расчет пружины

На рычаге, поддерживаемом пружиной, установлен электро­ двигатель (рис. 38).

86

£981

Коэффициент нарастания колебаний

1

Р = К М+Д+ОДД =■2,94

Динамический коэффициент '

К д = 1 ± Р § - = 1 ± 1 , 3 2

К д т а х = 2 , 3 2 , К д т 1 п = 0 , 3 2 .

Максимальное, минимальное, среднее и амплитудное напряже­ ния цикла:

87

§ 3. Расчет вала на прочность и жесткость

Пример.

Найти размеры поперечных сечений вала, обеспечивающие надежную передачу заданных нагрузок, и определить фактиче­ ский запас прочности при различных режимах работы вала.

Задается:

Схема передачи мощности с одного вала на другой с указа­

/7 = 1,6/5, D4= 0,8D3, у = 30°;

—изменение изгибающего момента+ 20% и —40%, измене­

Р и с . 39. Схема передачи мощности с одного вала на другой.

88

Требуется:

— определить все активные нагрузки, действующие на валы, и составить расчетные схемы;

—для заданного вала построить эпюры внутренних сило­ вых факторов;

—найти размеры поперечного сечения на каждом участке

шестерен и подшипников принять равной 4 см и расположение симметричным относительно размерных линий; считать момен­ ты и силы приложенными по среднему сечению шестерен, шки­ вов и подшипников; ведущий вал принять пустотелым; участок, перечеркнутый накрест, имеет квадратное сечение, остальные участки вала круглые; при расчете пренебречь напряжениями растяжения (сжатия) от продольной силы.

Решение

На рис. 40 показаны расчетные схемы и активные нагрузки, действующие на валы.

I.Расчет вала при статическим нагружении.

1.Определение сил, действующих на валы,

а) В е д у щ и й в а л Крутящий момент, передаваемый на вал

Мк2 = 973,6- - ^ - - 9 7 3 , 6 = 7 9 5 кг-см.

Натяжение ремня

89