Меню

Виды циклов напряжения деталей машин

Циклы напряжений в деталях машин

date image2014-01-25
views image5538

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

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);

— 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).

Читайте также:  Автоматический стабилизатор напряжения принципиальная схема

Если , то значит действуют постоянные статические напряжения.

Источник

Циклы напряжений в деталях машин

Многие детали машин или их элементы, такие, как валы, зубья зубчатых колес и др., работают в условиях, когда возникающие в них напряжения периодически изменяют свое значение или значение и знак.

По характеру изменения во времени нагрузкив машинах делят на постоянные и переменные.

Постоянные нагрузки могут вызывать переменные напряжения. Так, при вращении вала, нагруженного изгибающим моментом, одни и те же волокна его оказываются попеременно то в растянутой, то в сжа­той зоне. Так же поочередный вход в зацепление зубьев колес вызы­вает в них изменение напряжений.

Причиной изменения напряжений может быть и переменный харак­тер действия внешней нагрузки. Переменность нагрузки, например ав­томобиля, может быть связана: с загрузкой (автомобиль может ехать с полной загрузкой, с частичной или без груза), с рельефом местности (езда под гору, по ровной местности, в гору), с видом и качеством дорожного полотна или грунта (грунтовая дорога, асфальт, булыжная мостовая), с остановом и разгоном у светофора, с квалификацией водителя и т. д. Каждый из этих факторов может менять нагрузку в несколько раз.

Характеристикой напряженности детали является цикл напряже­нийсовокупность последовательных значений напряжений а за один период при регулярном нагружении. В случае действия касательных на­пряжений т остаются в силе все приведенные ниже термины и соот­ношения с заменой ст на т.

Продолжительность одного цикла нагружения называют периодом и обозначают Т (рис. 2.1). Нагружение с одним максимумом и одним

Рис. 2.1. Циклы напряжений:

а — асимметричный; 6 — отнулевой; в — симметричный

минимумом в течение одного периода при постоянстве параметров цикла называют регулярным погружением.

Цикл переменных напряженийхарактеризуется (рис. 2.1):

максимальным напряжением σ mах;

минимальным напряжением σ min;

средним напряжением σa = 0,5(σ max + σ min);

коэффициентом асимметрии цикла R = σ min / σ mах.

Рассмотрим определение числа циклов нагружения на приме­ре работы вала, подверженного действию изгибающего момента и вращающегося с частотой вращения п, мин» 1 (угловой скоростью со, с 4 )-

Читайте также:  Цефалгия головная боль напряжения

Продолжительность одного цикла изменения напряжения, т. е. пе­риод Т, с:

Общее число цикловN за промежуток времени Lh, ч:

N= 3600 • L/T= 573 •ω• Lh = 60 n Lh.

Источник



Циклы напряжений и их параметры

Одним из главных факторов, определяющих величину напряжений, является вид и характер изменения во времени нагрузок, действующих на деталь.

Статистическое нагружение вызывает в материале детали постоянное напряжение, которое не изменяется в течение длительного времени ни по величине, ни по направлению (рис. 2.1).

Рис. 2.1 График постоянных напряжений

Переменные нагрузки вызывают переменные напряжения. Детали, длительное время подвергающиеся повторно-переменной нагрузке, разрушаются при напряжениях значительно меньших предела прочности материала при статистическом нагружении. Как показывает статистика, около 80% поломок и аварий, происходящих при эксплуатации машин, вызвано усталостными явлениями (цикличными нагрузками).

Циклические нагрузки наиболее явно выражены в машинах и механизмах с возвратно-поступательным движением звеньев (поршневые машины, кулачковые механизмы).

Однако и в механизмах вращательного движения циклические нагрузки неизбежны (зубчатые передачи, валы).

Рис. 2.2 Знакопеременное нагружение вала

В современных машинах в большинстве случаев напряжения изменяются циклически с большей или меньшей частотой и амплитудой.

Различают следующие основные циклы изменения напряжений:

а) отнулевой цикл σmin = 0; σа – амплитудное напряжение, σm – среднее напряжение цикла.

Рис. 2.3 Циклы переменных напряжений
а – асимметричный; б – отнулевой; в – симметричный

Алгебраическая полусумма наибольшего и наименьшего напряжений называется средним напряжением цикла.

Полуразность этих напряжений называют амплитудой цикла:

Отношение наименьшего напряжения к наибольшему, взятое с алгебраическим знаком, называется коэффициентом ассиметрии цикла (r):

Для отнулевого цикла: r = 0; При постоянных нагрузках r = 1,0.

Пульсирующее нагружение в соответствии с отнулевым циклом (когда напряжения изменяются от нуля до максимума) имеют: зубья зубчатых колес при работе в одну сторону, толкатели и шатуны тихоходных механизмов с малой нагрузкой холостого хода, нереверсивные валы (напряжения кручения).

б) Знакопеременный симметричный цикл. Здесь наибольшие и наименьшие напряжения противоположны по знаку и одинаковы по модулю (напряжения изгиба при вращении валов и осей).

Читайте также:  Схема стабилизатора напряжения 220в 10квт ресанта

в) Знакопеременный асимметричный цикл – это наиболее общий случай наружения деталей машин.

Число циклов нагружения, которые материал выдерживает до разрушения, зависит от максимального напряжения и амплитуды цикла. По мере уменьшения напряжений число циклов до разрушения детали увеличивается и при некотором достаточно малом напряжении становится неограниченно большим. Это напряжение называют пределом выносливости и кладут в основу расчета деталей машин, подверженным циклическим нагрузкам.

Предел выносливости для отнулевого цикла обозначают индексом «0» (σ ; τ), для симметричного цикла – «-1» (σ-1-1), то есть коэффициент асимметрии цикла «r» сопровождает обозначение предела выносливости (σr ; τr).

2.3. Диаграмма усталости. Процесс усталостного
разрушения

На основе большого числа экспериментальных работ построены кривые усталости, отражающие влияние числа циклов на напряжение, разгружающее образец: N1 N2 – число циклов нагружения до разрушения образца при напряжениях σ1 и σ2.

Рис. 2.4 Формы кривой усталости

Кривые усталости показывают, что:

– разрушающее напряжение в области малых N близко к показателям статической прочности;

– по мере увеличения N величина разрушающих напряжений уменьшается и при некотором числе циклов стабилизируется

– ордината горизонтального участка кривой усталости (σD) является пределом выносливости.

Для большинства конструкционных сталей предел выносливости определяют при 10 6 …10 7 циклов. Эти значения и берут за базу испытаний. Для цветных металлов, например алюминия, даже при числе циклов 10 7 …10 8 наблюдается дальнейшее медленное падение разрушающего напряжения. В этом случае говорят об ограниченном пределе выносливости (обычно это 5´10 7 ).

Испытания на выносливость проводят при симметричных знакопеременных циклах (r = -1), у которых амплитуда напряжений наибольшая, а предел выносливости наименьший. С увеличением (r) пределы выносливости возрастают и при некоторых значениях (r), близких к единице (колебания малой амплитуды), становятся практически постоянными (верхняя линия) и равными показателям статической прочности.

Рис. 2.5 Влияние коэффициента асимметрии цикла
на форму кривой усталости

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник