Циклы напряжений в деталях машин.

Прочность при переменных напряжениях.

Лекция 3.

В материал лекции входит: классификация циклов перемены напряжений; понятия усталости и контактной прочности деталей машин.

Многие детали машин или их элементы (валы, оси, зубчатые колеса, дорожки тел качения и т.д.) работают в условиях, когда возникающие в них напряжения периодически изменяют свое значение или значение и знак.

По характеру изменения во времени внешние нагрузки в машинах делят на:

- статические (постоянные) – не изменяются во времени или изменяются достаточно медленно;

- динамические (переменные) – т.е. изменяются во времени (см. рис. 3.1).

Причиной изменения напряжений могут быть как постоянные (например, при вращении вала, нагруженного изгибающим моментом, одни и те же участки вала оказываются то в растянутой, то в сжатой зоне или при поочередном входе в зацепление зубьев колес в зубчатой передаче), так и переменные внешние нагрузки (например, для автомобиля переменность нагрузки может быть связана: с качеством дороги (асфальт, грунтовка) или с остановом и разгоном у светофора).

Номинальная нагрузка – нагрузка, соответствующая наиболее характерному режиму эксплуатации детали (в соответствии с выбранным критерием работоспособности), например, наиболее длительно действующая нагрузка.

Рабочая нагрузка – нагрузка, воспринимаемая деталью в процессе эксплуатации машины. Для исполнительного органа внешняя нагрузка и является рабочей.

Расчетная нагрузка – нагрузка, определяющая размеры и формы детали, соответственно рассматриваемому критерию прочности.

Эквивалентная нагрузка – такая постоянная нагрузка, которая по воздействию на деталь эквивалентна всем основным и дополнительным нагрузкам (т. е. заданную переменную нагрузку можно заменить постоянной – равноценной по повреждающему действию на деталь за тот же период времени).

Нагрузки могут быть заданы как усилие, крутящий момент или мощность.

Характеристикой напряженного состояния детали является цикл напряжений.

Цикл напряжений – совокупность последовательных значений напряжений за один период при регулярном нагружении (см. рис. 3.2 - 3.4).

Т - период (продолжительность одного цикла);

- максимальное напряжение;

- минимальное напряжение;

- среднее напряжение;

- амплитуда цикла (абсолютная величина – без учета знака);

- коэффициент асимметрии цикла (является основной характеристикой цикла).

 

;

;

 

 

;

;

.

Этот цикл является наиболее неблагоприятным для работы детали, т. к. характеризуется изменением не только значения, но и знака действующих напряжений (знакопеременный цикл).

Если , то значит действуют постоянные статические напряжения.