6.3 Приклад розв’язання задачі 14

Дано:

матеріал – сталь 40ХН;

Розв’язування

Показники статичної і циклічної міцності сталі 40ХН (див. додатки В, Г)

1. Знаходимо максимальну і мінімальну величини крутних моментів:

2. Креслимо розрахункову схему вала згідно з вихідними даними (рис. 6.1).

3. Будуємо епюри згинальних моментів і визначаємо небезпечні перерізи вала.

4. Визначаємо опорні реакції (рис. 6.1).

Перевірка:

,

5. Визначаємо згинальні моменти у характерних перерізах:

Будуємо епюру (рис. 6.1). Крутні моменти по довжині вала однакові. Тому небезпечні перерізи визначаємо, орієнтуючись на розрахункову схему вала і епюру згинальних моментів (рис. 6.2). Такими є перерізи С і Е , тому що за наявності концентраторів напружень у вигляді ступінчастої зміни діаметрів тут діють згинальні моменти, близькі до максимального.

6. Обчислення згинальних моментів у небезпечних перерізах.

Переріз С:

Переріз Е:

7. Визначимо . Знаходимо і - величини допустимої сили для кожного перерізу. Менша з них і буде .

Переріз С.

Знаходимо – допустиму величину сили Р з умови міцності при згинанні.

.

Нормальне напруження в небезпечній точці перерізу при обертанні вала змінюється за симетричним циклом. Тому коефіцієнт запасу обчислимо за формулою

Амплітудне напруження

Осьовий момент опору перерізу вала

Тоді

.

Загальний коефіцієнт зниження границі витривалості деталі при симетричному циклі знайдемо за формулою:

.

При і коефіцієнти концентрації напружень (див. додаток Д) (див. додаток Е). При шорсткості (додаток Ж).

із (6.1) і (6.2) одержимо:

Розмірність: – , .

Знаходимо – допустиму величину сили Р з умови міцності при крученні

Матеріал у небезпечній точці сприймає асиметричний цикл дотичних напружень. Тому визначимо допустиме значення сили з умови утомної міцності і сили Записуємо умову утомної міцності . Визначаємо коефіцієнт запасу відносно границі витривалості. Для цього обчислюємо добуток Характеристика :

Полярний момент опору перерізу вала:

;

Оскільки величина добутку то для обчислення коефіцієнта запасу використовуємо формулу

Розмірність:

Рисунок 6.7 - Розрахункова схема вала

Знаходження .

Записуємо умову статичної міцності

.

Коефіцієнт запасу відносно границі текучості обчислюємо за формулою

,

де . (6.15)

Враховуючи (6.13 - 6.15), одержимо

.

З порівняння величин

.

Робимо висновок, що для перерізу L допустима величина сили .

Переріз Е

Знаходимо

.

Визначаємо коефіцієнти і .

При , і ,

, , ; 1/β=1.

Тоді ; ;

Розмірність , .

Обчислюємо при асиметричному крученні.

Критерій , і коефіцієнт запасу відносно границі витривалості обчислюємо за формулою

Амплітудні і середні напруження в перерізах L і E однакові. Тому

.

Як видно з порівняння , і , для перерізу Е допустима величина сили .

Отже, допустима величина сили Р для вала визначається утомою міцності матеріалу в небезпечній точці перерізу Е.

.

Обчислення коефіцієнта запасу міцності

При плоскому напруженому стані коефіцієнт запасу визначають за формулою

.

Обчислюємо n для кожного ймовірно небезпечного перерізу. Менша величина є коефіцієнтом запасу вала.

Коефіцієнт запасу за нормальним напруженням обчислюється в небезпечній точці перерізів L і E .

Переріз L

,

МПа.

Тоді

,

,

.

Переріз Е

,

МПа.

Тоді

.

Оскільки величина визначена з умови міцності матеріалу в небезпечній точці перерізу Е при крученні, то

; .

Значить, коефіцієнт запасу вала

.

Відповідь: ; n = 2,05.

Питання до захисту розрахунково-графічної роботи (задача 14)

1. Який порядок розрахунку вала на витривалість при згині та крученні?

2. Як знаходяться максимальні і мінімальні величини крутних моментів?

3. Як визначаються небезпечні перерізи?

4. Як визначається амплітудне навантаження?

5. Як знаходиться полярний момент опору перерізу вала?

6. Як обчислюється коефіцієнт запасу міцності?

7. Як визначається величина допустимого зусилля?