Характеристики цикла при переменных напряжениях в деталях машин

Раздел 2. Усталость и выносливость деталей машин

Многие детали машин или их элементы, такие, как валы, зубья зубчатых колес и другие, работают в условиях, когда возникающие в них напряжения периодические изменяют свое значения или значение и знак.

По характеру изменения во времени нагрузки в машинах делят на постоянные и переменные.

Постоянные нагрузки могут вызывать переменные напряжения. Так, при вращении вала, нагруженного изгибающим моментом, один и те же волокна его оказываются попеременно то в растянутой, то в сжатой зоне. Так же поочередный вход в зацепление зубьев колес вызывает в них изменение напряжений.

Причиной изменения напряжений может быть и переменный характер действия внешней нагрузки. Переменность нагрузки, например, автомобиля может связана: с загрузкой (автомобиль может ехать с полной загрузкой, с частичной или без груза), с рельефом местности (езда под гору, по ровной местности, в гору), с видом и качеством дорожного полотна или грунта (грунтовая дорога, асфальт, булыжная мостовая), с остановом и разгоном у светофора, с квалификацией водителя и т.д. Каждый из этих факторов может изменять нагрузку в несколько раз.

Характеристикой напряженности детали является цикл напряжений - совокупность последовательных значении напряжений за один период при регулярном нагружении. В случае действия касательных напряжении остаются в силе все приведенные ниже термины и соотношения с заменой на . Продолжительность одного цикла нагружения называют периодом и обозначают Т (рис.1). Напряжения с одним максимумом и одним минимумом в течение одного периода при постоянстве параметров цикла называют регулярным нагружением.

Цикл переменных напряжении характеризуют (рис.1):

1. максимальным напряжением ;

2. минимальным напряжением ;

3. средним напряжением ;

4. амплитудой цикла ;

5. коэффициентом асимметрии цикла ;

6. характеристикой цикла , , .

7. коэффициентом амплитуды

Рис.1

Если R=0 ( = 0; ; ; а=0,5),то имеем отнулевой цикл напряжений (рис.1, в).

Если ( 0; ; ; а=1), то цикл напряжений называется симметричным (рис.1, а). Этот цикл является наиболее неблагоприятным для работы детали, так как характеризуются изменением не только значения, но и знака действующих напряжений (знакопеременный цикл).

Если R=1 ( ; ; ; а=0), действуют постоянные статистические напряжения.

Во всех других случаях - циклы напряжения асимметричные (рис.1, б, г), ; ; (-1; -0,5; 0; +0,5; +1); ; .

Рассмотрим определение числа циклов нагружения на примере вала, подверженного действию изгибающего момента и вращающегося с частотой вращения n, мин^-1 (угловой скоростью , с^-1).

Продолжительность одного цикла изменения напряжения, т.е. период Т, с:

Общее число циклов за промежуток время L_h, ч: