III –средний нормальный; IV-легкий; V-особо легкий

Крутящие моменты Т_i или нагрузки F_i, у которых за всё время работы при расчете на изгибную выносливость и N<0,003N_HG при расчете на контактную выносливость, считают кратковременно действующими и при расчете деталей на выносливость не учитывают, поэтому упорядоченные графики нагрузки получаются ступенчатыми. Более глубоко изучены грузоподъемные машины, обобщенные графики нагрузки на основе эксперимента приведены на рис.11.

Рис.11. Типовые графики нагружения ГПМ

Следует отметить, если по ГОСТу 21357-87 по вертикальной оси типового режима отложена отношение длительно действующего наибольшего момента - к максимальному моменту - с учетом коэффициента внешней динамики - по циклограмме нагрузок, то международный стандарт ISO6336 предусматривает принятия отношения длительно действующего наибольшего момента - к номинальному моменту - с выделением .

Для грузоподъёмных машин режим I называется весьма тяжелым (класс нагружения В4), что характерно подъёмным машинам горнорудной промышленности и металлургического производства с круглосуточной работой; режим II-тяжелый, присущ подъёмным машинам массового производства (класс нагружения В3), режим III-средний, присущ подъёмным машинам при односменной работе (класс нагружения В2), режим V-лёгкий (класс нагружения В1), присущ универсальным грузоподъёмным машинам, редко работающие с номинальным грузом. Такие режимы работы ГПМ соответствует ГОСТу 25546-82, который выполнен на основе международного стандарта ISO 4301-80.

Для машин непрерывного действия режим I -весьма тяжелый (класс использования В5); режим II -тяжелый (класс использования В4); режим III -средний (класс использования В3); режим ІV -легкий (класс использования В2); режим V -весьма легкий (класс использования В1).

Классы нагружения отражают относительную нагрузку механизма в соответствии со спектром нагрузок и зависят от значения коэффициента нагружения

где q- показатель кривой выносливости Вёлера;

- показатель, характеризующий зависимость между нагрузкой и напряжением:

=0,5 – при расчете на контактную выносливость зубчатых и червячных передач;

=1/3 – при расчете на контактную прочность подшипников качения;

=1 – при расчете на изгиб, растяжение- сжатие;

- суммарное время работы за планируемый срок службы в часах;

F_i - нагрузка (сила, момент), действующая в течение времени t_i, за заданный срок службы;

F_max – наибольшая нагрузка, определяемая с учетом всех факторов согласно ГОСТ 25835 –83.

Следует заметить, что по ГОСТу 21354-87 коэффициент нагрузки называется коэффициентом эквивалентности по числу циклов нагружения и .

Для конвейеров при определении тягового усилия методом обхода по контуру рассматривается период установившегося движения тягового органа с грузом, поэтому называется тяговый расчет в статике и коэффициент внешней динамики здесь не учитывается.

Расчетная нагрузка при расчете на выносливость механических передач определяется по формуле:

,

здесь К_А - коэффициент внешней динамики;

Т₁- номинальный максимально длительно действующий момент;

К_Е - коэффициент приведения режима с переменной нагрузкой к постоянному эквивалентному по усталостному воздействию.

Произведение ( ) коэффициента внешней динамики наибольшему длительно действующему моменту, на основании вышеуказанного положения, профессор Снесарев Г.А. называет максимальным моментом].

В зарубежной литературе эквивалентный момент по Винтеру Х. определяется по следующему выражению, так как К_А уже введен в расчетные формулы по определению контактной и изгибной выносливости:

Расчетная нагрузка по Снесареву Г.Н. на выносливость имеет вид:

здесь и К_А в расчетные формулы не введены, а по зарубежным источникам данное выражение приобретает вид:

Определение коэффициента внешней динамики К_А

При отсутствии данных непосредственных измерений или отраслевых рекомендаций по определению коэффициента внешней динамики – К_А рекомендуется использовать ориентировочные данные, приведенные в таблицах на основе стандарта ГОСТ 21354-87.

Таблица 6. Коэффициент внешней динамической нагрузки при расчетах на усталостную прочность – К_А

Коэффициент внешней динамической нагрузки, так называемый коэффициент внешней динамики, можно представить как произведение режима нагружения двигателя – К_ДВ и ведомой машины – К_Р,М, (таблицы 8 и 9).

К_А=К_двиг.×К_р.м.

Данный коэффициент обычно задается предельными значениями К_{А min} и К_Аmax. Соответственно среднее значение

К_А=0,5(К_аmin+К_аmax)

Таблица 7. Характерные режимы нагружения двигателей

По предположению профессора Решетова Д.Н., все поля рассеивания покрываются шестью средними квадратическими отклонениями - S_А, получим

Соответственно коэффициент вариации будет

Характер режима нагружения ведомой машины зависит от условий эксплуатации, физико-механических свойств транспортируемого материала, характера нагружения рабочего органа, а также от погрешности изготовления отдельных деталей и сборки узлов. Поэтому коэффициент внешней динамики является случайной величиной (таблица 10).

Согласно ГОСТ 25835-83 режим работы механизмов ГПМ делится на четыре группы, и эквивалентная нагрузка определяется по формуле

или ,

где К_Д - коэффициент долговечности

,

Таблица 8. Характерные режимы нагружения ведомых машин

здесь

- коэффициент, учитывающий переменность нагрузки во времени;

- коэффициент, учитывающий срок службы детали;

- суммарное число циклов нагружения за расчетный срок службы;

= 4× 10⁶ – базовое число циклов при расчете на изгиб, растяжения или на кручения;

= 10⁷ - базовое число циклов при расчете зубчатых колес по контактным напряжениям по данным ВНИИПТмаш (РТМ 24.090 - 76).

- коэффициент тренировки, при а=1;

- при отсутствии кратковременных пиковых нагрузок;

- при наличии кратковременных перегрузок высокого значения

- коэффициент относительной продолжительности пиковой нагрузки, у которой число циклов нагружения равно - .

Таблица 9. Характерные режимы нагружения конвейерного транспорта

Момент при перегрузке по рекомендациям ВНИИПТмаш берется ниже следующих пределов:

Т_пик=К_пер × Т_ном ,

здесь К_пер-1,1- коэффициент перегрузки для механизма подъема;

Коэффициент перегрузки для механизма передвижения и поворота в зависимости от типа электродвигателя:

крановый короткозамкнутый – 3,0

крановый постоянного тока или переменного тока с контактным кольцом– 2,5

асинхронный двигатель общепромышленного назначения – 1,75

Формула приводимая профессором Снесаревым Г.А. для определения эквивалентной нагрузки имеет вид

здесь - коэффициент долговечности.

Как видим, предлагаемое выражение совпадает с методикой ВНИИПТмаш при коэффициенте тренировки равным единице. Механизмы грузоподъемных машин работают в повторно-кратковременном режиме, где продолжительность цикла не превышает 600 С, поэтому расчеты стандарта ISO 6336-86 и ГОСТ 21354-87 существенно отличаются от предложенной методики Снесарева Г.А.

Кратковременные перегрузки, не учтенные при расчете на усталость деталей машин, могут привести к потере их статической прочности, поэтому необходимо проверить на статическую прочность при перегрузках.

Коэффициент внешней динамической нагрузки при перегрузках приведен в таблице 10. Пиковая нагрузка определяется по выражению

Выводы и рекомендации

Для расчета машин непрерывного действия при определении эквивалентной нагрузки на выносливость рекомендуется метод расчета Решетова Д.Н. и Винтера Х.

К определению коэффициента внешней динамики конкретной машины необходим дифференцированный подход с учетом конструктивной особенности и условий эксплуатации.

Точный график нагружения любой машины может быть определен только на основе длительного экспериментального исследования в условиях эксплуатации, но на этапе проектирования важен правильный выбор возможного графика нагружения.

Таблица 10. Коэффициент внешней динамической нагрузки при расчетах

на статическую прочность от максимальной нагрузки К_AS.

Примечание: При наличии устройства для плавного пуска табличные значения следует уменьшить на 20 – 30%.

Вопросы для самопроверки

- Что следует понимать под циклом переменных напряжении? Характеристики цикла и соотношения между ними.

- Какой из циклов самый неблагоприятный для работы детали?

- Что называет усталостным разрушением и каковы его причины?

- Что называют пределом выносливости?

- Что такое концентрация напряжений и что ее вызывает?

- Как определяют общий расчетный коэффициент запаса прочности при переменных напряжениях?

- При каких обстоятельствах и где действуют контактные напряжения? По какой формуле определяют их наибольшее значение при начальном контакте по линии?

- В чем сущность усталостного выкрашивания хорошо смазываемых контактирующих под нагрузкой рабочих поверхностей? Как повысить сопротивляемость поверхностей выкрашиванию?