3.4. Выбор коэффициентов, учитывающих концентрацию напряжений, размеры вала, качество обработки поверхности, упрочняющую технологию
Примем коэффициенты чувствительности материала марки 12XH3A к асимметрии цикла по нормальным и касательным напряжениям соответственно =0.2, =0.1.
Определим коэффициенты, учитывающие концентрацию напряжений, размеры вала, качества обработки поверхности для сечения D.
Сечение 1-1: галтельный переход. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений (при d1/d=36/34=1,13 и r/d=4/34=0,13) k=1,48. Значение масштабного фактора ==0,86, при d=36 мм.
Галтельный (радиусный) переход обрабатывают тонким точением. Следовательно, при в=1000 МПа, коэффициент качества поверхности ш=0,45.
Сечение 2-2: посадка колеса на шпонку. Коэффициент концентрации напряжений для вала с посаженными деталями k=(k)D=1,66. Значение масштабного фактора ==0.78, при d=36 мм. Шпоночный паз обрабатывают фрезерованием. Следовательно, при в=1000 МПа, коэффициент качества поверхности ш=0.45.
Определим коэффициенты, учитывающие концентрацию напряжений, размеры вала, качества обработки поверхности для сечения С.
Сечение 1-1: галтельный переход. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений (при d1/d=36/34=1.13 и r/d=4/34=0.13) k=1,84, k=1,48. Значение масштабного фактора ==0.78, при d=36 мм.
Галтельный (радиусный) переход обрабатывают тонким точением. Следовательно, при в=1000 МПа, коэффициент качества поверхности ш=0.45.
Сечение 2-2: посадка подшипника с натягом. Подшипники устанавливаются на вал по прессовой посадке. При этом коэффициенты концентрации напряжений k=(k)D=1,84; k=(k)D=1,48. Значение масштабного фактора ==0.86, при d=34 мм. Посадочную поверхность шлифуют, коэффициент качества поверхности ш=0.82.
Сечение 3-3: кольцевая выточка. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений (при t/r=0,7/4=0,175, r/d=4/28=0.14) k=1.84, k=1.48. Значение масштабного фактора ==0.86, при d=32 мм. Проточки под стопорные кольца обрабатывают тонким точением. Следовательно, при в=1000 МПа, коэффициент качества поверхности ш=0.45.
3.5. Расчет коэффициента запаса усталостной прочности
Сечение А. Так как в опасном сечении действует только крутящий момент, то расчет на усталостную прочность ведется по касательным напряжениям. Запасы прочности рассчитаем по формуле
.
Сечение 1-1:
.
Сечение 2-2:
.
Сечение С. Запасы прочности по нормальным n и касательным n напряжениям рассчитаем по формулам
Сечение 1-1:
Сечение 2-2:
Сечение 3-3:
3.6. Расчет коэффициента запаса усталостной прочности. Проверка прочности.
Эквивалентный запас прочности, соответствующий плоскому напряженному состоянию, производим по формуле
Допускаемое значение запаса прочности примем [n]=1.4. Условие усталостной прочности запишем в виде
n[n].
Выполним расчет эквивалентного запаса прочности.
Сечение D.
В 1-1: запас усталостной прочности n1=n1=2.25>[n]=1.4.
В 2-2: n2=n2=1,53>[n]=1.4.
Таким образом, условие усталостной прочности в обоих сечениях выполняется.
Сечение С.
В 1-1: запас усталостной прочности
В 2-2:
В 3-3:
Видно, что n1=1.92 >[n]=1.4; n2=2.62>[n]=1.4; n3=1.43>[n]=1.4.
Следовательно, во всех сечениях условие усталостной прочности выполняется.
Вывод: анализ результатов показывает, что при d=34 мм обеспечивается статическая и усталостная прочности, а также жесткость вала.