8Допускаемые напряжение при статических и переменных нагрузках

Завышенные значения допускаемых напряжений приводят к раз­рушению деталей, а заниженные - к неоправданному перерасходу металла и утяжелению машин. Правильное определение допускае­мых напряжений с учетом всех действующих силовых факторов и физико-механических особенностей материалов способствует обес­печению принципа равнопрочности создаваемых машин.

Допускаемые напряжения принимают как часть напряжения, соответствующего опасному состоянию материала при механиче­ских испытаниях. Таким опасным напряжением для пластических материалов принимают предел текучести для хрупких - пре­дел прочности или соответственно

В случае циклических (повторно-переменных) деформаций в качестве опасного напряжения принят предел выносливости . Это наибольшее по абсолютному значению напряжение цикла, которое материал в состоянии выдержать произвольно долго.

Если же напряжения изменяются по несимметричному циклу, то для определения предела выносливости необходимо знать по­стоянную и переменную составляющие цикла и коэффици­ент асимметрии .

Диаграмму предельных амплитуд любого переменного цикла можно представить в виде суммы:

где - постоянное среднее напряжение цикла; с_а - переменная составляющая напряжения симметричного цикла.

При построении диаграммы амплитуд напряжений цикла опи­санным выше способом вносится некоторая погрешность. В дейст­вительности предел выносливости некоторого произвольного цик­ла с амплитудным напряжением а_а и средним напряжением о_т располагается на кривой АС\В в точке С\, а не в точке С, как на рис. 4.3. Однако построение кривой АС\В'связано с проведением большого объема экспериментов, и поэтому предпочитают пользо­ваться приближенным^-методом

Имея диаграмму предельных амплитуд и зная коэффициент асимметрии R_a, можно опреде­лить предел выносливости. Со­гласно рис. 4.3, угол наклона ли­нии ОС к оси абсцисс

П одставив значения

Допускаемые напряжения определяются как часть предельных (опасных) напряжений

г де s_a, s_z ~ коэффициенты запаса соответственно по нормальным и касательным напряжениям.

Тогда для пластичных материалов

где s_T и s_B - коэффициенты запаса соответственно по пределу текучести и пределу выносливости.

При переменных (циклических) нагрузках расчетное уравне­ние прочности имеет вид

9. Материалы зубчатых колес и термообработка

Выбор материалов и термообработки зубчатых колес зависит от:

• критериев работоспособности, условий нагружения, назна­чения машин, в которых работают передачи;

• равнопрочное™ зубьев шестерни и колеса, например по кон­тактной и изгибной прочности;

в возможности приработки зубьев;

• технологии изготовления колес;

• конструкции, размеров и точности изготовления зубчатых колес;

• экономических показателей.

Цементация с последующей закалкой позволяет полу­чить твердость поверхностей зубьев 56...64 HRC₃ и вязкую сердце­вину, хорошо сопротивляющуюся изгибным напряжениям. Глуби­на цементации - 0,2т_п, но не более 1,5...2 мм. Недостатками це­ментации являются: искажение формы зуба, возможность продав-ливания хрупкого цементированного слоя (особенно при передаче динамических нагрузок) из-за недостаточной прочности сердцеви­ны, плохая прирабатываемость зубьев.

Азотирование обеспечивает наибольшую твердость поверхностей (до 70 HRC₃), высокую износостойкость, малое ис­кажение формы зуба, что позволяет получать колесо 7-й степени точности без шлифования или притирки. Применяется, для быст­роходных точных передач, работающих без ударов, а также в тех случаях, когда необходимы малая масса и габариты передач и вы­сокая точность колес без шлифования. Недостатками азотирова­ния являются: плохая прирабатываемость зубьев, малая толщина упрочненного слоя (0,2...0,5 мм), его хрупкость.

Поверхностная закалка осуществляется чаще всего с нагревом ТВЧ, причем при т_п > 3 мм возможна закалка по про­филю зуба, твердость достигает 48...54 HRC₉, сердцевина вязкая, хорошо сопротивляющаяся ударным нагрузкам. Объемная закалка применяется главным образом в условиях индивидуального производства. Ее недостатки: искаже­ние профиля зубьев, плохая прирабатываемость, низкое сопротив­ление динамическим нагрузкам, большая неоднородность предела выносливости по изгибным напряжениям, зависимость твердости от размеров заготовки. Для объемной закалки используются стали 45, 40Х, 35ХМ, 40ХН.

Газовая нитроцементация с последующим низким отпуском позволяет получить твердость 57...63 HRC₃. Толщина упрочненного слоя 0,3...0,8 мм, коробление незначительное, по­этому шлифование не нужно. Область применения - зубчатые колеса небольших размеров в массовом и крупносерийном произ­водстве, применяются стали 20Х, 35Х, 40Х, 25ХГМ, 25ХГТ и др.

Нормализация используется для поковок и отливок из углеродистых и легированных сталей с целью снятия остаточных напряжений, а также наклепа и обеспечивает равномерную струк­туру материала по всему объему заготовки. Зубчатые колеса быст­ро прирабатываются, однако несущая способность этих колес по контактной прочности низкая