Расчет на прочность при переменном характере внешнего нагружения

Предположим, что внешнее нагружение носит пульсационный характер, причем сила меняется от =0Н до =10000 Н (в качестве здесь принято зна-

чение заданной по условию сосредоточенной силы F).

Расчет на прочность сводится к нахождению коэффициента запаса усталостной прочности s, для чего следует определить уровень напряжений при наибольшей и наименьшей нагрузке, а также амплитудное и среднее напряжения цикла.

Так как помимо переменной внешней нагрузки на винты действует также постоян­ная по величине сила затяжки F₀, то цикл нагружения элементов крепления будет асимметричным, причем наименьшее напряжение цикла определяется силой за-

тяжки (затяжку считаем неконтролируемой), а наибольшее — нагрузкой ,

действующей на наиболее нагруженный винт (эта величина была рассчитана ранее):

Тогда для среднего и амплитудного напряжений цикла имеем:

Коэффициент запаса усталостной прочности при асимметричном цикле в общем случае определяется по следующей формуле (2.10.20):

где

— коэффициент асиммет­рии цикла (2.10.21), учитывающий влияние средних напряжений на величину уста­лостной прочности;

— предел выносливости при растяжении (приближенная зави­симость, полученная с помощью статистической обработки экспериментальных

2.1. Резьбовые соединения 81

данных большого числа испытаний); для сталей предел выносливости рассчитыва­ется по формуле (2.10.9),

 

следовательно,

 

масштабный фактор, зависящий от диаметра резьбы (табл. 4.1.1);

эффективный коэффициент концентрации (2.10.11), зави-

сящий от от чувствительности материала к концентрации напряжений q (для сред-неуглеродистых и низколегированных сталей , табл. 2.10.1) и теоретическо-

го коэффициента концентрации напряжений , который определяется либо ана­литическими, либо численными методами.

С точки зрения усталостной прочности наиболее опасными являются сечение тела винта в резьбовой части ([6], рис. 4.1.12) и сечение в месте перехода тела вин­та в головку (([6], рис. 4.1.13).

Дня вычисления теоретического коэффициента концентрации для резьбового участка можно воспользоваться формулой 4.1.42:

Здесь — шаг резьбы и радиус закругления впадины резьбы соответст-

венно. Так как для стандартной метрической резьбы имеет место соотношение: ,то

 

 

 

Для участка перехода тела винта в головку теоретический коэффициент концен­трации равен (4.1.43):

где — диаметр стержня винта, а — радиус перехода от стержня к головке. Обычно резьбовые соединения, работающие в условиях переменного внешнего на-

82 Глава 2. Соединения элементов машин

гружения, изготавливают так, чтобы выполнялось соотношение

Тогда, принимая

получаем

 

 

 

 

Окончательный расчет выполняется для наиболее опасного сечения, коэффици­ент концентрации которого больше. В данном случае это первое сечение с

В результате определяем коэффициент запаса усталостной прочности:

Расчет соединения при переменной внешней нагрузке в модуле АРМ Joint

Расчет соединения при переменном нагружении носит проверочный характер.

Если в АРМ Joint в меню «Тип расчета» выбрать «Проверочный»,то в окне с параметрами внешних нагрузок автоматически появляются строки с указанием максимального и минимального значения силы. По умолчанию максимальная ве-

2.1. Резьбовые соединения 83

личина нагрузки принимается равной ее номинальному значению, а минималь­ная — нулю, но при необходимости эти значения можно изменить. Результаты проверочного расчета заданного соединения приведены на рис.

2.1.1.7.