Допустимі напруження і коефіцієнти запасу міцності

Допустимі напруження [σ], [τ] та розрахункові коефіцієнти запасу міцності S_σ і S_τ визначають за формулами:

[σ] = σ_lim /[S_σ]; [τ] = τ_lim /[ S_τ]; (35)

S_σ = σ_lim /σ ≥ [S_σ]; S_τ = τ_lim /τ ≥ [S_τ], (36)

де σ_lim , τ_lim – граничні напруження; σ, τ – розрахункові максимальні напруження; [s_σ], [s_τ] – допустимі коефіцієнти запасу міцності деталі.

При сумісній дії нормальних напружень розтягу та згину і дотич­них напружень кручення загальний коефіцієнт запасу міцності . (37)

Формули (36) для визначення розрахункових коефіцієнтів запасу міцності при змінних діючих напруженнях можна використовувати лише у випадках, коли відомі границі витривалості матеріалу σ_R і τ_R , за якими знаходять граничні напруження σ_lim і τ_lim. У більшості випадків експериментальне встановлюють границі витривалості матеріалів при R = –1 та R = 0, тобто σ_–1 і τ_–1, σ₀ і τ₀. Для довільного коефіцієнта асиметрії циклів змінних напружень розрахун­кові коефіцієнти запасу міцності можна визначити за формулами:

s_σ = σ_–1 /[K_σσ_a/(K_dK_3M) + ψ_σσ_m]; (38)

s_τ = τ_–1 /[K_ττ_a/(K_dK_3M) + ψ_ττ_m]. (39)

У записаних формулах амплітуди σ_a, τ_a і середні напруження σ_m, τ_m визначають за співвідношеннями (13) та (14). Коефіцієнти впливу асиметрії циклів напружень ψ_σ і ψ_τ беруть такі: для вуглецевих сталей ψ_σ = 0,1; ψ_τ = 0,05; для легованих – ψ_σ = 0,15; ψ_τ = 0,1.

Допустимий коефіцієнт запасу міцності має великий вплив на габаритні розміри, масу деталей і відповідно на вартість їх. Із зменшенням [s] зменшується також маса виробів, але збільшується можливість виходу деталей із ладу. Тому вибір [s] є дуже відповідальним моментом при розрахунках та проектуванні деталей машин. Деякі рекомендовані значення [s] наведені в табл.

Підвищені значення [s] для відносно рідких розрахунків за границею міцності пояснюються тими обставинами, що зростання діючих напружень до значення σ_в загрожує раптовим виходом деталі з ладу. Крім цього, за границею міцності розраховуються деталі з крихких матеріалів, які характеризуються підвищеною неоднорідністю та ймовірністю дефектів структури, що також обумовлює збільшення [s].

При розрахунках за контактними напруженнями значення [s] беруть невеликими [s] = 1,1... 1,2, оскільки можливі контактні пошкодження поверхні деталі мають місцевий характер і не загрожують раптовим виходом деталі з ладу.

1.2. Передачі. Загальні відомості та співвідношення Призначення механічних передач та їхня класифікація

Більшість сучасних машин і приладів створюється по схемі двигун – передача – робочий орган (виконавчий механізм) Необхідність введення передачі як проміжної ланки між двигуном і робочими органами машини пов'язана з рішенням ряду задач. Наприклад, в автомобілях і інших транспортних машинах вимагається змінювати величину швидкості і напрям руху, а на підйомах і при рушані з місця необхідно у декілька разів збільшити обертаючий момент на провідних колесах. Сам автомобільний двигун не може виконувати ці вимоги, оскільки він працює стійко тільки у вузькому діапазоні зміни величини обертаючого моменту і кутової швидкості. При виході за межі цього діапазону двигун зупиняється. Подібно автомобільному двигуну слабо регулюються багато інших двигунів, у тому числі більшість електричних.

В деяких випадках регулювання двигуна можливо, але недоцільно з економічних міркувань, оскільки за межами номінального режиму роботи ККД двигунів істотно знижується.

Maccа і вартість двигуна при однаковій потужності зменшуються із збільшенням кутової швидкості його валу.

Механічною передачею називають механізм, що передає енергію від двигуна до робочого органу машини з перетворюванням параметрів руху.

Обертовий рух найпоширеніший у машинах в порівнянні з іншими видами руху: існує можливість здійснення неперервного та рівномірного руху; невеликі втрати на тертя в спряженнях обертових деталей; порівняльна простота та компактність деталей, що забезпечують обертовий рух.

Безпосередній зв'язок двигуна з робочим органом машини використовується рідко, наприклад у відцентрових насосах, де вал електродвигуна безпосередньо з'єднується з валом насоса.

Потреба впровадження механічної передачі між двигуном та робочим органом машини як складової частини привода диктується такими міркуваннями: для вибору оптимальної швидкості руху; для регулювання швидкості руху (підвищення або пониження); для перетворення виду руху: обертального в поступальне (передачі рейкові і гвинт – гайка) і навпаки; для зміни напряму руху (реверсування); для зміни обертаючих моментів і сил руху; для передачі потужності на відстань.

Отже, основне призначення механічних передач – це узгодження параметрів руху робочих органів машини з параметрами руху вала двигуна.

Усі механічні передачі поділяють на дві основні групи (табл. 19.1):

а) передачі, що базуються на використанні сил тертя (пасові, фрикційні);

б) передачі, що базуються на зачепленні (зубчасті, черв'ячні, ланцюгові, гвинтові).

У свою чергу, передачі тертям та передачі зачепленням можуть здійснюватись безпосереднім дотиканням ведучого та веденого елементів передачі (фрикційні, зубчасті, черв'ячні) і за допомогою проміжної гнучкої ланки – так звані передачі гнучким зв'язком (пасові, ланцюгові).