Задача 2.2. Расчет на прочность при повторно-переменных нагрузках
Вал редуктора, представляющий собой стержень круглого сечения с концентратором напряжений, подвергается действию изгибающего и крутящего моментов, изменяющихся по синусоидальному закону.
Определить коэффициент запаса прочности вала по выносливости и текучести. Исходные данные взять из табл. 2.2.1 – 2.2.4.
План решения
1. Определить характеристики циклов переменных напряжений от изгиба и кручения в ослабленном сечении вала.
2. Построить графики циклов переменных напряжений при произвольном периоде их изменения и указать все найденные характеристики циклов.
3. Определить коэффициенты, учитывающие влияние конструктивно-технологических факторов и асимметрии циклов на предел выносливости по изгибу и кручению.
4. Определить коэффициенты запаса прочности вала по выносливости от изгиба и от кручения.
5. Определить коэффициенты запаса прочности вала по выносливости и текучести от совместного действия изгиба и кручения. Сделать заключение по расчету.
Таблица 2.2.1. Исходные данные вариантов
| 1. Тип концентратора и материала | 2. Варианты нагрузок | 3. Варианты конструктивных размеров и состояния поверхности валов | |||||||||||||
| № вар. | №пп табл. 2.2.2 | №пп табл. 2.2.3 | № вар. |  , кНм
|  , кНм
|  , кНм
|  , кНм
| № вар. |  , мм
|  , мм
|  , мм
|  , мм
|  , мм
|  , мм
| №пп табл. 2.2.4 |
| 0,60 | -0,60 | 3,00 | 1,50 | 2,0 | 2,5 | 6,0 | |||||||||
| 0,72 | -0,48 | 1,06 | -0,63 | 2,1 | 4,0 | 6,0 | |||||||||
| 0,80 | -0,40 | 1,70 | 0,17 | 3,3 | 5,5 | 6,0 | |||||||||
| 1,32 | -0,11 | 1,10 | -0,55 | 4,8 | 7,2 | 7,0 | |||||||||
| 1,50 | 0,30 | 2,75 | 1,10 | 6,3 | 8,8 | 7,0 | |||||||||
| 2,00 | 0,80 | 1,50 | 0,15 | 5,2 | 10,4 | 7,0 | |||||||||
| 1,20 | 2,20 | 0,55 | 1,4 | 12,6 | 7,5 | ||||||||||
| 1,20 | -0,40 | 1,68 | 9,0 | 12,0 | 7,0 | ||||||||||
| 1,50 | 0,64 | 0,80 | -0,80 | 5,5 | 10,0 | 6,0 | |||||||||
| 0,95 | -0,95 | 0,96 | -0,96 | 6,5 | 15,6 | 7,0 |
Примечание. При решении использовать размеры валов, соответствующие заданной схеме концентратора.
Таблица 2.2.2. Типы концентраторов напряжений
| № п.п | Наименование | Схема концентратора |
| Галтель | 
| |
Выточка круглая
| 
| |
| Паз шпоночный | 
| |
| Отверстие поперечное | 
|
Таблица 2.2.3. Механические свойства материалов валов, МПа
| № пп | Материал | σв, МПа | σт, МПа | σ-1, МПа | τт, МПа | τ-1, МПа |
| 1. | Сталь 45 | |||||
| 2. | Сталь 20Х | |||||
| 3. | Сталь 50 | |||||
| 4. | Сталь 40 | |||||
| 5. | Сталь 30ХН3А | |||||
| 6. | Сталь 60 | |||||
| 7. | Сталь 40ХН | |||||
| 8. | Сталь 30ХМ |
Таблица 2.2.4. Качество обработанной поверхности валов
| № пп | Вид обработки |
| Полирование | |
| Шлифование | |
| Грубая обточка | |
| Тонкая обточка | |
| Наличие окалины |