Розрахунок на опір утоми

Розрахунок валів і осей на опір утоми є перевірочним, і виконується після попереднього розрахунку, коли відомі розміри вала чи осі і визначена їх конструкція. При розрахунку на опір утоми враховуються всі основні фактори, що впливають на міцність валів іосей (характер зміни напружень, статичні та втомнісні характеристики матеріалів, концентрація напружень, масштабний фактор, стан поверхні і поверхневе зміцнення).

Розрахунок на опір утоми полягає в тому, що для кожного приблизно небезпечного перерізу визначають дійсний коефіцієнт запасу міцності s і порівнюють його з допустимим значенням цього коефіцієнта [s].

, (1.9)

де и – коефіцієнти запасу міцності відповідно при згині та крученні. При розрахунку осей формула (1.9) набуває вигляду , оскільки осі зазнають тільки деформацій згину.

(1.10)

(1.11)

, – границі витривалості відповідно при згині і крученні, при симетричному циклі навантаження; , – амплітуда напружень циклів відповідно при згині та крученні; , – середні напруження циклів відповідно при згині та крученні; – ефективні коефіцієнти концентрації напружень відповідно при згині та крученні; – коефіцієнти впливу абсолютних розмірів поперечного перерізу (масштабний фактор) і стану поверхні валу; – коефіцієнти чутливості до асиметрії циклу напруження відповідно при згині та крученні.

Значення , , наводяться в довідниках [1, 2, 13].

Значення границь витривалості і визначають за формулами:

– для вуглецевої сталі при згині

; (1.12)

– для легованої сталі при згині

МПа; (1.13)

– для сталі при крученні

, (1.14)

де – границя міцності матеріалу вала чи осі.

Для валів при зміні напружень по симетричному закону (коли вал не зазнає дії осьового навантаження)

та ;

при наявності осьової сили

;

для віднульового циклу

та ,

де – моменти опору при згині та крученні для послаблених перерізів (наприклад, шпонковою канавкою і т. п.). Формули для підрахунку наводяться в довідниках.

Допустимі значення коефіцієнтів запасу міцності приймають у залежності від призначення вала чи осі і точності розрахунків 1,5...2,5.

Якщо в результаті розрахунку умова не виконана, необхідно змінити конструкцію: знайти кращі форми валу (осі) у небезпечному перерізі з метою зменшення значення , застосувати зміцнення з метою підвищення механічних характеристик матеріалу, збільшити розміри деталі в розрахунковому перерізі з метою зменшення напружень , і т. д. Те чи інше рішення приймається на основі техніко-еконо­мічного обґрунтування. Після цього знову визначають коефіцієнт запасу міцності. Таким чином, послідовними наближеннями встановлюють необхідну відповідність між розрахунковими і допустимими значеннями коефіцієнтів запасу міцності.