- •Введение
- •1. Структурный, кинематический и силовой анализ привода с многоступенчатым передаточным механизмом вращательного движения.
- •1.3. Силовой анализ передач вращательного движения
- •2. Расчет зубчатых и червячных передач
- •2.1. Выбор материалов
- •2.1.1. Выбор материала и термообработки
- •2.1.2. Выбор материалов червячных передач
- •2.2. Расчет допускаемых напряжений
- •2.2.1. Виды повреждений зубчатых передач
- •2.2.2. Допускаемые напряжения для зубчатых колес
- •2.2.3. Допускаемые напряжения
- •2.3 Проектный расчет передач
- •2.3.1 Расчет прямозубой цилиндрической передачи.
- •2.3.2 Расчет прямозубой конической передачи
- •2.3.3. Расчет червячной передачи
- •2.4. Проверочный расчет передач
- •2.5.2 Коническая передача
- •2.5.3. Червячная передача
- •Пример решения задачи (коническая передача)
- •3. Расчет на прочность при сложном сопротивлении
- •3.1. Правила оценки направления действия реакций связи.
- •3.2. Условия равновесия системы сил
- •3.3. Метод сечений.
- •3.4. Условия прочности
- •3.5. Условие прочности при циклических нагрузках
- •Пример решения задач
- •Контрольные вопросы
- •Содержание
3.4. Условия прочности
при статических нагрузках
Для безопасной работы деталей механизмов необходимо, чтобы максимальные напряжения , возникающие в нагруженных сечениях, не превышали допускаемого для данного материала значения:
; ![]()
где
и
- наибольшие эксплуатационные напряжения
(нормальные
и касательные )
в опасном сечении;
и
- допускаемые значения этих напряжений,
определяемые в зависимости от предельных
напряженийlim
и lim,
полученных при испытаниях материалов:
при статических нагрузках – предел
прочности
и предел текучести
,
при циклических нагрузках – предел
выносливости
.
; ![]()
[n] – коэффициент запаса прочности, обеспечивающий безопасную эксплуатацию конструкции.
При простых видах деформации напряжения в поперечных сечениях рассчитывают по зависимостям:
- при растяжении-сжатии ![]()
- при сдвиге
(срезе) ![]()
- при кручении ![]()
- при изгибе ![]()
где А – площадь поперечного сечения,
WP, и W – соответственно полярный и осевой моменты сопротивления сечения.
Для круглого сечения диаметром d можно использовать приближенные зависимости:
;
;![]()
При сложных видах деформаций, когда в поперечном сечении действуют одновременно нормальные и касательные напряжения, рассчитывают эквивалентные напряжения экв. При этом условие прочности имеет вид:
![]()
Например, для валов механизмов, испытывающих одновременное действие изгибающего М и крутящего Т моментов, условие прочности имеет вид:
![]()
3.5. Условие прочности при циклических нагрузках
Большинство деталей машин подвергается в своей работе циклическим нагрузкам, под действием которых в деталях возникают переменные напряжения и , приводящие к зарождению и развитию усталостных микротрещин и внезапному разрушению детали.
Критерием оценки усталостной прочности является предел выносливости материала (r, r), который определяется экспериментально и представляет собой то наибольшее напряжение, при котором материал не разрушается в течение неограниченного числа циклов испытания.
Законы изменения переменных напряжений могут быть различными. При этом любой цикл характеризуется амплитудным (а, а) и средним (m, m) значением напряжений, а также коэффициентом асимметрии цикла r. Наиболее часто встречаются симметричный и пульсирующий (отнулевой) циклы.
Например, валы испытывают напряжения изгиба , изменяющиеся по симметричному циклу, а напряжения от кручения - по пульсирующему циклу. Для валов из углеродистых сталей справедливы следующие соотношения:
;
;![]()
;
![]()
При расчетах валов учитывают влияние различных факторов, снижающих усталостную прочность: концентрация напряжений, размеры сечений, шероховатость поверхности и асимметричность циклических напряжений.
Степень влияния этих факторов оценивают коэффициентами:
- эффективные
коэффициенты концентрации напряжений
при изгибе
и кручении
;
для сечений без концентраторов напряжений
.
- масштабные
коэффициенты при изгибе
и кручении
;
для круглых сечений диаметром
расчетные зависимости имеют вид:
; ![]()
- коэффициент шероховатости ; для шлифовочных поверхностей валов принимают = 0,93.
- коэффициенты,
учитывающие чувствительность материала
к ассиметрии цикла при изгибе
и кручении
;
для углеродистых
сталей
=
0,2;
=
0,1.
Критерием оценки усталостной прочности валов является выполнение условия:
![]()
где
- допускаемое значение коэффициента
запаса усталостной прочности; для валов
редукторов
=2;
n – коэффициент запаса в опасном сечении; рассчитывают по зависимости:
![]()
здесь
и
- коэффициенты запаса при изгибе и
кручении:
;

Если условие
прочности не выполняется, то увеличивают
диаметр вала в опасном сечении или
выбирают более прочный материал (с
большим значением предела прочности
).
