3.3 Визначення коефіцієнтів розрахункового навантаження

Коефіцієнт довговічності – це відношення числа циклів , при яких проходять руйнування деталі від дії деякого навантаження і до фактичного числа циклів при дії цього ж навантаження:

. (3.2)

Коефіцієнт нерівномірності розподілу навантаження. Нерівномірність розподілу навантаження виникає між паралельними силовими ланками. Цей коефіцієнт визначається як співвідношення навантаження в якій-небудь ланці до навантаження отриманого з умови рівномірності його дії у кожній ланці.

, (3.3)

де: – діюче навантаження;

– розрахункове навантаження однієї ланки.

Для контактних поверхонь

, (3.4)

де: – реальний тиск ;

– розрахунковий.

Коефіцієнт умови передачі навантаження враховує вплив на навантаження явищ, яке передається, які мають місце у зоні контакту деталей силових ланок, наприклад, у фрикційних передачах.

, (3.5)

де: – коефіцієнт запасу зчеплення;

– коефіцієнт тертя.

Коефіцієнт режиму роботи необхідний для врахування інерційних навантажень.

, (3.6)

де: – інерційний момент;

– статичний момент.

Особливе значення має при розрахунку у процесах підіймання вантажу, зрушення конвеєра, вгризання зубів ковша екскаватора у грунт, роздроблення каміння у каменодробильних машинах, при розрахунках муфт і т.д.

4 Руйнування деталей

Один з найбільш відомих критеріїв несучої здатності матеріалів – міцність, тобто властивість опиратись руйнуванню під дією механічних навантажень. Але ця властивість матеріалу втрачається по досягненню критичних значень, після чого відбувається руйнування. У макроскопічному масштабі руйнування означає. що тріщина чи пора, яка існує у металі або виникає на початковій стадії руйнування, при дії зростаючого напруження викликає повний поділ тіла на дві або більше частин. Ріст таких тріщин може бути крихким з малим поглинанням енергії, або в’язким зі значним поглинанням енергії.

Встановлено, що міцність суттєво залежить від виду і способу навантаження, а також від фізико-хімічних умов, в яких проходить навантаження.

По типу навантаження руйнування проходить:

– від статичного навантаження (короткодіючого, довготривалого);

– від циклічного навантаження (моноциклове і втомне навантаження).

Властивості матеріалів, фізико-хімічні умови а також тип навантаження визначають вид руйнування: пластичне і крихке руйнування.

Пластичне руйнування проходить із зміною форми і розмірів деталі.

Крихке руйнування проходить без супроводження макроскопічної деформації.

4.1 Руйнування при статичному короткодіючому навантаженні

Існує велика кількість спеціальних видів досліджень для визначення міцнісних характеристик матеріалів (їх критичних значень, при яких відбувається руйнування) при дії різноманітних комбінацій прикладених навантажень у різних фізико-хімічних умовах. Але найбільш поширеними є дослідження матеріалів на одноосний розтяг. На рис. 4.1 приведена типова крива деформації пластичного матеріалу. Зв’язок між напруженням і деформацією лінійний майже до межі пружності (точка 4), а коефіцієнт пропорціональності називається модулем Юнга:

, (4.1)

де: – напруження розтягу;

відносна деформація;

– миттєвий приріст довжини зразка;

– початкова довжина зразка.

1 – межа міцності; 2 – напруження руйнування; 3 – межа текучості; 4 – межа пружності

Рисунок 4.1 – Діаграма розтягу пластичних матеріалів

У діапазоні напружень, що не перевищують межі пружності, деформація повністю зворотна; при більш високих напруженнях виникає залишкова деформація. У деяких металів перехід від пружної деформації до пластичної є різким і напруження, при яких відбувається такий перехід називаються межею текучості (точка 4). В інших випадках перехід буває плавним і тому вводять умовну межу текучості , коли залишкова деформація становить 0,2%.

Для більшості металів є властиве деформаційне зміцнення, у результаті чого для збільшення деформації необхідне підвищення напруження. Максимальне напруження пластичної деформації (точка 1) називається межею міцності . При досягненні цього напруження на зразку починає утворюватись шийка. Подальша деформація концентрується в області шийки. Руйнування відбувається при напруженнях нижчих межі міцності (точка 2). Цей тип руйнування відноситься до статичного короткодіючого руйнування. У випадку дії напружень менших за значеннями від межі пружності руйнування може відбутися через деякий тривалий час. При цьому може протікати процес повзучості, або релаксації напружень. Це статичне довготривале руйнування. Але найбільш поширеним навантаженням для машин і механізмів є перемінне у часі і за величиною навантаження – малоциклове і втомне. Статичний аналіз показує, що 80% руйнування викликане втомою.