Циклы напряжений в деталях машин
Многие детали машин или их элементы, такие, как валы, зубья зубчатых колес и др., работают в условиях, когда возникающие в них напряжения периодически изменяют свое значение или значение и знак.
По характеру изменения во времени нагрузкив машинах делят на постоянные и переменные.
Постоянные нагрузки могут вызывать переменные напряжения. Так, при вращении вала, нагруженного изгибающим моментом, одни 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 быть 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 менять нагрузку в несколько раз.
Характеристикой напряженности детали является цикл напряжений— совокупность последовательных значений напряжений а за один период при регулярном нагружении. В случае действия касательных напряжений т остаются в силе все приведенные ниже термины и соотношения с заменой ст на т.
Продолжительность одного цикла нагружения называют периодом и обозначают Т (рис. 2.1). Нагружение с одним максимумом и одним
Рис. 2.1. Циклы напряжений:
а — асимметричный; 6 — отнулевой; в — симметричный
минимумом в течение одного периода при постоянстве параметров цикла называют регулярным погружением.
Цикл переменных напряженийхарактеризуется (рис. 2.1):
максимальным напряжением σ mах;
минимальным напряжением σ min;
средним напряжением σa = 0,5(σ max + σ min);
амплитудой цикла σ а = 0,5(σ max - σ min);
коэффициентом асимметрии цикла R = σ min / σ mах.
Рассмотрим определение числа циклов нагружения на примере работы вала, подверженного действию изгибающего момента и вращающегося с частотой вращения п, мин"1 (угловой скоростью со, с4)-
Продолжительность одного цикла изменения напряжения, т. е. период Т, с:
Т=2π/ω = 60/п.
Общее число цикловN за промежуток времени Lh, ч:
N= 3600 • L/T= 573 •ω• Lh = 60 n Lh.