Определение запаса прочности вала

После уточнения размеров и конструкции вала и выбора креплений деталей на валу производится его поверочный расчет (выполняется для одного из сечений) по реально действующим напряжениям, исходя из окончательно принятых размеров вала.

Эквивалентный запас прочности вычисляется по формуле [1]:

где S_s , S_t - запас прочности по усталостному разрушению по нормальным и касательным напряжениям соответственно.

Амплитуда s_а и среднее нормальное напряжение цикла s_m от изгибающего момента при R_s = -1 равны:

Амплитуда t_а и среднее касательное напряжение t_m от крутящего момента при нереверсивной нагрузке при R_t = 0:

при реверсивной нагрузке при R_t = - 1:

В приведенных формулах (16–21):

М и Т - изгибающий и вращающий моменты в рассчитываемом сечении, Нм;

d –диаметр вала в рассчитываемом сечении, мм;

R_s , R_t - коэффициенты асимметрии;

t_-1 и s_-1 – пределы выносливости при кручении и изгибе при симметричном цикле, МПа;

К_ds , К_dt – масштабные коэффициенты (табл. 6);

К_s и К_t – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении (табл. 5);

y_t – коэффициент влияния асимметрии цикла на прочность (табл. 1);

К_у – коэффициент поверхностного упрочнения (табл. 8);
– коэффициент состояния поверхности детали (табл. 7);

[S] =1,5…1,8 – допускаемый запас прочности.

Таблица 5

Фактор концентрации напряжений	Кs	Кt
sв, МПа
£700	³1000	£700	³1000
Галтель при r /d =0,02 (D/d = 1,25...2)0,06 0,010   Выточка при r /d = 0,02 (t =r) 0,06 0,10     Поперечное отверстие при а / d = 0,05... 0,25   Шпоночный паз Шлицы	При расчете по внутреннему диаметру можно принимать Кs = Кt =1	2,5 1,85 1,6   1,9 1,8 1,7   1,9   1,7	3,5 2,0 1,64   2,35 2,0 1,85   2,0   2,0	1,8 1,4 1,25   1,4 1,35 1,25   1,75   1,4	2,1 1,43 1,35   1,7 1,65 1,5   2,0   1,7
Прессовая посадка при р ³ 20 МПа (без кон­- структивных мер, уменьшающих концентрацию) Резьба	2,4   1,8	3,6   2,4	1,8   1,2	2,5   1,5

Примечание. При наличии нескольких концентраторов напряжений в одном сечении в расчет принимается тот, у которого больше К_s , или К_t .

Таблица 6.

Значения коэффициентов влияния абсолютных размеров K_ds
и K_dt в зависимости от диаметра вала

Коэф- фициент	Материал	Диаметр вала, мм
Kds	Углеродистая сталь	0,95	0,92	0,88	0,83	0,81	0,76	0,70	0,62
Высокопрочная легированная сталь	0,87	0,83	0,77	0,73	0,70	0,65	0,59	0,52
Kdt	Любая сталь	0,87	0,83	0,77	0,73	0,70	0,65	0,59	0,52

Таблица 7.

Значения коэффициентов влияния шероховатости поверхности К_F

Механическая обработка поверхности	Среднее арифметическое отклонение профиля Ra, мкм	Значения коэффициента KF при sВ, МПа
Шлифование	0,32...0,08
Обточка	2,5. ..0,32	1,05	1,10	1,25
Обдирка	20.. .5	1,20	1,25	1,5
Необработанная поверхность	—	1,35	1,5	2,2

Таблица 8.

Коэффициент влияния упрочнения К_у при поверхностной обработке