Меню

Долговечность если дана мощность



ОСНОВЫ РАСЧЕТА ДМ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

Долговечность дм лимитируется их усталостным разрушением или изнашиванием. Статистика показывает, что 90% всех поломок деталей в эксплуатации обусловлено их усталостным разрушением. Если причиной выхода детали из строя является усталостное разрушение, то расчет на долговечность объединяют с расчетом на сопротивление усталости.

Такой расчет базируется на кривых усталости.

Для получения кривых применяют специальные машины. Одна из таких машин показана на рис. На валу электромотора укреплены два патрона с образцами испытываемого металла. К свободным концам образцов подвешивают грузы, изгибающие образцы и вызывающие в материале определённые напряжения. Патроны с образцами начинают вращаться. Грузы всё время отгибают их вниз. Благодаря вращению материал образца испытывает знакопеременный изгиб. За один оборот завершается полный цикл изменения нагрузки. Несложный механизм ведёт счёт оборотам. Если образец с треском ломается, то специальное устройство останавливает мотор. Образец, прежде чем сломался, выдержал 1200 тысяч циклов. Заменяют образцы новыми, такими же, как и первый. Уменьшаем напряжения в металле, сняв тяжёлые грузы и установив более лёгкие. Заработала машина, счётчик начал отсчитывать обороты. На этот раз образец до поломки выдержал почти 4 миллиона циклов. Вставляем новые образцы и ещё более уменьшаем напряжения. Начинаем опыт и третий раз. Вот уже счётчик показал 10 миллионов оборотов, а образец всё ещё работает. Сколько бы мы не продолжали испытание, всё равно не дождались бы разрушения образца. Опыты, подобные вышеописанным, показывают, что, постепенно уменьшая нагрузку при каждой смене образцов, можно найти такую величину напряжения, при которой сталь выдерживает уже практически неограниченное число циклов нагрузки. Это напряжение называется длительным пределом выносливости металла.

Результаты испытаний изображают в виде кривой усталости (см рис.) Вдоль горизонтальной оси диаграммы откладывают число циклов нагрузки до момента разрушения образца, а вдоль вертикальной оси — напряжения, вызываемые в образце нагрузкой. На диаграмме видно, что по мере уменьшения напряжений возрастает число циклов нагрузки, необходимое для разрушения образца.

Читайте также:  Протерм гепард 23 mtv настройка мощности

Правая часть кривой идёт горизонтально. Это значит, что при напряжении, равном пределу выносливости или меньшем, материал может выдерживать неограниченное число циклов нагрузки.

Внезапность, неожиданность поломки деталей машин от «усталости» делает такие аварии особенно опасными. Важно отметить, что предел выносливости материала всегда меньше его предела прочности (обычно в 2—3 раза), зачастую даже меньше предела текучести.

σд– длительный предел выносливости;

σi– текущее значение ограниченного предела выносливости;

σСТ– предел статической прочности;

Ni– число циклов нагружения за срок службы

Nд – база испытаний.

σi т Ni=С–Аналитическое выражение наклонного участка кривой. Кривые усталости имеют аналогичный вид как для случаев работы деталей при объемном нагружении (растяжении–сжатии, изгибе, кручении), так и при контактных напряжениях.

m и С — показатель наклона кривой усталости и константазависят от материала и вида напряжений и устанавливаются экспериментально.

Для стальных деталей:

Ø при изгибе m = 6…9 [ до 18 ],

Ø при контактном нагружении m = 6.

4.1 РАСЧЕТ НА УСТАЛОСТЬ ПРИ ПОСТОЯННОЙАМПЛИТУДЕ НАПРЯЖЕНИЙ

Если число циклов нагружения детали за срок службы:

Ø N≥Nд, то расчет ведут по σд — длительному пределу выносливости;

Ø N т Ni

для точки Б: σд т Nд

Из равенства левых частей уравнений получим выражение σi:

С учетом коэфф. запаса прочности получаем выражение для допускаемых напряжений в зоне ограниченных пределов выносливости:

Если значение корня оказалось меньше единицы, то его отбрасывают, так как в этом случае оказываемся в зоне длительных пределов выносливости и снижение допускаемого напряжения теряет смысл.

4.2 РАСЧЕТ НА УСТАЛОСТЬ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ АМПЛИТУДАХ НАПРЯЖЕНИЙ


Для выполнения такого расчета необходимо располагать графиком изменения во времени напряжений или нагрузок, например, моментов Т.

Читайте также:  Номинальная мощность токарного станка

При расчете фактический график нагружения детали заменяют осредненным ступенчатым с напряжениями σ1, σ2, σ3.

С увеличением числа ступеней повышается точность расчета, однако при этом существенно возрастает его громоздкость. Поэтому практически ограничиваются

3…4 –мя ступенями.

Затем ступенчатый переменный режим нагружения заменяют условным постоянным – эквивалентным по своему действию на усталость детали заданному переменному.

Такая замена базируется на суммировании усталостных повреждений детали на разных ступенях ее нагружения. В 1924 г. ПАЛЬМГРЕН предложил гипотезу линейного суммирования усталостных повреждений.

Основные её положения:

Ø Чередование нагрузки не влияет на разрушение;

Ø Одинаковая степень нагружения дает одинаковую степень разрушения.

Усталостное разрушение детали наступает, когда Ni /Ni=1

На показанной на рис. кривой усталости N1, N2 и т.д. обозначены фактические числа циклов нагружения детали на разных ступенях блока нагружения. Согласно уточнённой линейной гипотезе (т.к. позже доказано, что чередование нагрузки влияет на разрушение) усталостное разрушение наступает, когда Ni /Ni=a

a– экспериментально устанавливаемый коэф., зависящий от характера изменения нагрузки. 0,2 т Ni=aС — основная формула суммирования усталостных повреждений

ЗАМЕНА ПЕРЕМЕННОГО РЕЖИМА НАГРУЖЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНЫМ ПОСТОЯННЫМ

Источник

Расчёт коэффициента долговечности

Коэффициент долговечности ZN, учитывающий влияние ресурса работы, определяют по формуле:

ZN = ≥ 1, но ≤ 1,8, (4.2)

где NH lim – базовое число циклов напряжений, соответствующее пределу выносливости σН limb(при НHRC > 56 NH lim = 12∙10 7 циклов);

NHE – эквивалентное число циклов напряжений.

Если коэффициент долговечности ZN > 1,8 при твёрдости активных поверхностей зубьев НHRC > 56 , то принимают ZN = 1,8. Эквивалентное число циклов перемены напряжений NHE для рассчитываемого (наиболее нагруженного) i –того зубчатого зацепления определяют по формуле:

где Nэi – эквивалентное число циклов нагружений (см. раздел 2);

KПНi – коэффициент пробега, характеризующий отношение долговечности детали при расчётном моменте и действительном нагрузочном моменте.

Коэффициент пробега KПНi – это коэффициент приведения переменных циклических нагрузок, действующих на зубчатое колесо, к режиму постоянного циклического нагружения с расчётной нагрузкой. Коэффициент пробега зависит от соотношения между расчётными pm и средними удельными pср.m (по отношению к единице веса автомобиля) тяговыми усилиями на m-ной передаче , где расчётное удельное тяговое усилие по двигателю:

Читайте также:  Автобус паз 32053 мощность двигателя

Формула (4.4) приведена для полноприводного автомобиля с колёсной формулой 4 × 4. Для автомобиля с приводом на передние или задние колёса учитывают вес, приходящийся на ведущую ось Ga = Gсц, и uрк.н = 1.

Среднее удельное тяговое усилие будет определяться средними удельными сопротивлениями дороги рψ ср, воздуха рв.ср и при разгоне рγ:

В табл. 4.1 приведены выражения для определения средних удельных сопротивлений.

Таблица 4.1

Параметры для расчёта средних удельных окружных сил

Автомобили Средние удельные сопротивления
рψ ср рв.ср рγ
Легковые 0,2(рmрψ сррв.ср)
Грузовые 0,3(рmрψ сррв.ср)
Самосвалы 0,2(рmрψ сррв.ср)
П р и м е ч а н и е: Vср.m = 0,6Vm; Vm – скорость автомобиля в конце m-ной передачи; – максимальный крутящий момент двигателя, Н·м; Среднее удельное сопротивление воздуха учитывают при скорости автомобиля Vср.m > 40 км/час; При определении рψ ср для автомобиля с приводом на передние или задние колёса uрк.н = 1, но при этом учитывают полный вес Ga ; При определении рв.ср в любом случае учитывают полный вес Ga

Поскольку определение коэффициента пробега достаточно затруднительно, его примерное значение определяют по графику (рис. 6) в зависимости от соотношения (формулы 4.4 и 4.5).

Рис. 6. Зависимость коэффициента пробега KПН от отношений удельных сил тяги: 1 – для самосвалов; 2 – для грузовых автомобилей общетранспортного назначения; 3 – для легковых автомобилей

Источник