4.2. Розрахунок на опір втомленості

Сучасні розрахунки на опір втомленості відображають характер зміни напружень, характеристики опору втомленості матеріалів, концентрацію напружень, вплив абсолютних розмірів, шорсткості поверхні і поверхневого зміцнення.

На практиці встановлено, що для валів основним видом руйнування є руйнування від втомленості.

При розрахунку на опір втомленості необхідно, перш за все, встановити характер циклу напружень. В більшості випадків важко встановити дійсний цикл навантаження машини в умовах експлуатації. Тому, при відсутності експериментальних даних про експлуатаційне навантаження редукторів і їх стендових випробовувань, розрахунки валів виконують умовно за номінальним навантаженням (номінальними напругами), а цикли напружень приймають: симетричними для напружень згину і віднульовими (пульсуючими) - для напружень кручення.

При реверсивній роботі редуктора з частими запусками і зупинками приймають симетричний цикл зміни напружень кручення.

1. При розрахунку на опір втомленості в небезпечних перерізах визначаються часткові коефіцієнти запасу міцності за нормальними S_ і дотичними S_ напруженнями:

(4.45)

(4.46)

Загальний розрахунковий коефіцієнт запасу міцності

. (4.47)

Міцність при втомленості вважається забезпеченою у випадку, коли S[S], де [S]=1,5…2,5 - нормативне мінімально допустиме значення коефіцієнту запасу міцності. Конкретне значення [S] даного діапазону встановлюється стосовно до конкретних типів машин на основі досвіду попередніх розрахунків в проектних і конструкторських організаціях та спостереженням за поведінкою машин в експлуатації з врахуванням відповідальності конструкції та інших факторів.

2. Визначення розрахункових характеристик опору втомленості.

Величини границь витривалості матеріалів валів при згині _-1 і кручені _-1 із симетричним знакозмінним циклом визначені експериментально і приводяться в довідниках.

В разі відсутності дослідних даних границі витривалості для сталі можуть бути обчислені в залежності від границі міцності матеріалу  (МПа) за такими наближеними емпіричними залежностями:

. (4.48)

Значення сумарних коефіцієнтів, враховуючи вплив всіх факторів на опір втомленості:

(4.49)

Значення ефективних коефіцієнтів концентрації напружень при згині K_ і кручені K_ для валів зі шпонками, шліцами, різю, східчастого переходу з жолобком, а напресованими деталями приведені в таблицях у технічних двідниках.

Значення коефіцієнтів, які характеризують чутливість матеріалу до асиметрії циклу напружень при згині _ і при кручені _ визначаються за формулами:

……………………. (4.50)

де _мц в МПа.

3. Визначення розрахункових характеристик навантаження.

За епюрами згинальних і обертальних моментів в небезпечних перерізах знаходяться амплітуди нормальних _а і дотичних _а напружень і середні нормальні _m і дотичні _m напруження, які відповідають певному циклу зміни напружень. В розрахунках валів приймають, що нормальні напруження змінюються за симетричним циклом, тобто _а=_зг і _m=0, а дотичні напруження - за віднульовим (пульсуючим) циклом:

Напруження в небезпечних перерізах визначаються за формулами:

. ………………… (4.51)