Коэффициент запаса прочности

/ sopromat_teory_www.baumanka.ru / Коэффициенты запаса прочности. Допускаемые напряжения

2.9. Коэффициенты запаса прочности. Допускаемые напряжения.

Конструкционные материалы можно разделить на три основные группы: пластичные, хрупкопластичные и хрупкие.

Эта классификация относится к свойствам материалов при одноосном растяжении (сжатии) в нормальных условиях (малая скорость нагружения, комнатная температура и т. п.). Изменение характера нагружения и условий работы существенно влияет на свойства материалов: в частности, материал, пластичный при нормальной температуре, становится хрупким при низкой температуре. Таким образом, правильнее говорить не о пластичном и хрупком материале, а о пластичном и хрупком состояниях материала. Но тем не менее обычно пользуются приведенной классификацией, помня, при каких ограничениях она справедлива. Механические испытания материалов позволяют определить те напряжения, при которых образец из данного материала разрушается или в нем возникают заметные пластические деформации. Эти напряжения называют предельными (или опасными).

В качестве предельных напряжений для указанных трех групп материалов при статическом нагружении принимают следующие механические характеристики:

для пластичных материалов (разрушению их предшествует возникновение больших пластических деформаций) — физический. или условный предел текучести, практически одинаковый при растяжении и сжатии;

для хрупкопластичных материалов (разрушение их происходит при сравнительно небольших пластических деформациях)— условный предел текучести, значение которого при растяжении и сжатии различно: <.

для хрупких материалов (разрушение их происходит при очень малых пластических деформациях) — предел прочности, значение которого при растяжении и сжатии различно. <

Возвращаясь к вопросу об изменениях механических свойств стали при наклепе, уточним, в каком смысле следует понимать, что наклеп приводит к упрочнению материала, хотя предел прочности практически остается неизменным. Если диаграмма растяжения данной стали имеет (до наклепа) площадку текучести, то диаграмма растяжения этой же стали, но подвергнутой наклепу, площадки текучести иметь не будет. Следовательно, до наклепа роль предельного напряжения играл физический предел текучести. а после наклепа — условный предел текучести о

; при этом > т. е. наклеп привел к повышению предельного напряжения — упрочнению. Если диаграмма растяжения вообще не имеет площадки текучести, то влияние наклепа скажется в повышении условного предела текучести. Это хорошо видно на рис. 2.39.

Для обеспечения прочности элементов конструкций необходимо так выбрать их размеры и материал, чтобы возникающие в них при эксплуатационных нагрузках напряжения были меньше предельных. Конечно, если наибольшие рабочие напряжения в детали близки к предельным (хотя и меньше их), прочность детали гарантировать нельзя, так как действующие нагрузки, а, следовательно, и напряжения практически никогда не могут быть установлены совершенно точно; в ряде случаев расчетные напряжения вообще могут быть определены лишь приближенно, наконец, возможны отклонения действительных механических характеристик применяемого материала от принятых при расчете.

Отношение’ предельного напряжения о к наибольшему расчетному напряжению а, возникающему в элементе конструкции при эксплуатационной нагрузке, обозначают буквой и называют коэффициентом запаса прочности (или, как иногда говорят, коэффициент запаса):

Из сказанного выше следует, что значение и должно быть больше единицы (n > 1), иначе прочность конструкции будет нарушена. Естественно возникает вопрос: на сколько больше единицы должно быть значение и, чтобы прочность рассчитываемого элемента конструкции можно было считать обеспеченной? Ясно, что чем больше и, тем прочнее конструкция, тем большим запасом прочности она обладает. В то же время совершенно очевидно, что очень большие запасы приводят к перерасходу материала, делают конструкцию тяжелой, неэкономичной. В зависимости от назначения конструкции и целого ряда других обстоятельств (несколько подробнее об этом будет сказано ниже) устанавливают значение минимально необходимого коэффициента запаса прочности. Этот коэффициент обозначают [и] и называют требуемым (или нормативным) коэффициентом запаса прочности.

Прочность элемента конструкции считают обеспеченной, если его расчетный коэффициент запаса прочности не ниже требуемого, т. е.

и > [и]. Это неравенство называют условием прочности.

Используя выражение (2.24), перепишем условие прочности в виде

Отсюда можно получить и такую форму записи условия прочности:

В случае если предельные, а следовательно, и допускаемые напряжения при растяжении и сжатии различны, их обозначают соответственно [о,] и [о,].

Пользуясь понятием «допускаемое напряжение», можно сказать, что прочность конструкции обеспечена, если возникающее в ней наибольшее напряжение не превышает допускаемого, т. е.

Это неравенство [так же как и неравенства (2.25) и (2.26)] называют условием прочности.

В некоторых случаях целесообразно разграничивать понятия и обозначения расчетного и требуемого коэффициентов запаса по отношению к пределу текучести и по отношению к пределу прочности. Первые обозначают соответственно л, и [и,], вторые — п„и [л„„]. Эти обозначения использованы в табл. 2.3, где приведена расшифровка формулы (2.27) применительно к указанным в начале параграфа трем группам материалов. Там же даны ориентировочные значения величин [ ] и [ ].

Даже при минимальных значениях [и] обеспечена работа материала в пределах упругости, т. е.

Значение принимаемого при расчете допускаемого напряжения в значительной степени определяет надежность и экономичность конструкции. Чем ниже допускаемое напряжение, т. е. чем выше заданный коэффициент запаса, тем, следовательно, осторожнее произведен расчет, тем выше надежность конструкции, но расход материала велик и конструкция неэкономична. Повышение допускаемого напряжения позволяет создать более легкую и экономичную конструкцию, но если это повышение произведено недостаточно обоснованно, то конструкция будет ненадежной.

В тех случаях, когда значение коэффициента запаса прочности (допускаемого напряжения) не обусловлено обязательными нормами, конструктор (расчетчик), выбирая значения [и], должен учитывать целый ряд факторов, связанных как с применяемыми методами расчета, так и с материалом рассчитываемой детали и условиями ее эксплуатации. Основные факторы, влияющие на выбор требуемого коэффициента запаса прочности, следующие:

а) точность определения действующих нагрузок и применяемых методов расчета;

б) степень однородности применяемого материала, его чувствительность к недостаткам механической обработки и изученность свойств;

в) ответственность детали.

В настоящее время принято представлять коэффициент запаса в виде произведения нескольких частных коэффициентов запаса, каждый из которых отражает влияние на надежность расчета какого-либо определенного фактора или группы факторов. Такое разделение общего коэффициента запаса позволяет более точно учесть многообразие свойств материалов и конкретных условий работы конструкций и проектировать их более экономичными без снижения надежности. Указанные выше три группы факторов отражены тремя частными коэффициентами запаса:

Представление о значениях допускаемых напряжений, принимаемых при расчетах элементов машиностроительных конструкций на действие статических нагрузок, дает табл. 2.4.

В заключение настоящего параграфа подчеркнем, что на протяжении всего курса сопротивления материалов будут встречаться три упоминавшиеся уже категории напряжений.

1. Предельные (или опасные) напряжения, при достижении которых появляются признаки непосредственного разрушения или возникают пластические деформации.

Эти напряжения зависят от свойств материалов и вида деформация, например для серого чугуна предельное напряжение (предел текучести) при сжатии. примерно в четыре раза выше предельного напряжения при растяжении.

2. Допускаемые напряжения — наибольшие напряжения, которые можно допустить в рассчитываемой конструкции из условий ее безопасной, надежной и долговечной работы.

Эти напряжения зависят от свойств материала, вида деформации и требуемого (принятого или заданного) коэффициента запаса прочности.

3. Расчетные напряжения, которые возникают в элементе конструкции под действием приложенных к нему нагрузок.

Эти напряжения зависят от действующих на элемент конструкции нагрузок и его размеров.

Расчёт коэффициента запаса прочности.

Расчёт коэффициента запаса прочности.

В данном разделе необходимо определить фактический коэффициент запаса прочности штока паровой машины, а также проверить условие прочности.

Вероятный вид разрушения – усталостная поломка.

Критерий расчёта – усталостная прочность.

Коэффициент запаса прочности может быть определён по формуле

Где S – фактический коэффициент запаса; &#&63;пр – предельное напряжение, ; &#&63;max – максимальное фактическое напряжение, .

Максимальное фактическое напряжение &#&63;max определим по формуле

где F1 – усилие штока при растяжении (рис 1.1), Н; Amin – минимальная площадь, мм 2 .

Минимальную площадь опасного сечения штока найдём по формуле

Где d – диаметр опасного сечения, мм.

Подставив числа в формулу (1.3), найдём минимальную площадь опасного сечения штока

Подставляя численное значение Amin в выражение (1.2), получаем

Найдём &#&63;min по формуле

где F2 – усилие штока при сжатии, Н.

Подставляем численные значения в выражение (1.4)

Построим график изменения напряжения в штоке (рис. 1.2)

Цикл изменения напряжения

Из рассмотрения рис. 1.2 следует, что в качестве предельных напряжений &#&63;пр следует выбрать предел усталости при произвольном цикле для детали при ограниченном числе циклов . так как опыт эксплуатации подобных механизмов показывает, что причиной их разрушения является усталостная поломка. определяется по формуле [1, с.33].

где – предел усталости при произвольном цикле для детали и ограниченном числе циклов, ; – предел усталости при симметричном цикле и ограниченном числе циклов для детали, ; R – коэффициент асимметрии цикла; – коэффициент чувствительности детали к асимметрии цикла.

Определим коэффициент ассиметрии цикла

Определим предел усталости при симметричном цикле и ограниченном числе циклов по формуле [1, с.30]

Где К0 – коэффициент, учитывающий количество циклов; – предел длительной выносливости для детали при симметричном цикле, . который определяется по формуле [1, с.20]

Учитывая материал штока – Сталь 40ХН и зная, что = 670 . =500 [1, с.74], найдём предел выносливости гладкого стандартного образца по формуле [1, с.77]

= 0,4 = 268 (1.8)

Определим значение коэффициента снижения предела выносливости К, который учитывает влияние различных факторов, по формуле [1, с.21]

Где – коэффициент концентрации напряжений; – коэффициент, учитывающий масштабный фактор; – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности штока; – коэффициент, учитывающий упрочняющие технологии; – коэффициент, учитывающий анизотропию материалов.

Так как в данном случае деталью является шток, следовательно, заготовка представляет собой прокат, то есть =1 [1, с.29]. Считая, что дополнительная обработка не производилась, принимаем = 1.

Определим по формуле [1,с.22]

Где q – коэффициент чувствительности металла к концентрации напряжений; – теоретический коэффициент концентрации напряжений.

Найдём по графику [1, с.78]. Учитывая, что = = 1,25 и = = 0,1 получаем = 1,70.

При = = 0,762 коэффициент чувствительности металла к концентрации напряжений q=0,9 [1, с.84]

Подставляя полученные значения в выражение (1.10), получаем

Коэффициент при d=20 мм будет равен =0,930 [1, с.85], а коэффициент при = 670 и R = 20 мкм будет равен =0,870 [1, с.85].

Подставим численные значения в формулу (1.9) и вычислим К

Подставляем численные значения в формулу (1.7) и вычисляем

Определим К0 по формуле [1, с.30]

Где – базовое число циклов напряжений, соответствующее точке перелома кривой усталости; N – число циклов; m – показатель степени кривой усталости.

принимаем равным =2 10 6 циклов [1, с.30].

Считая, что С=5+ . определяем m по формуле [1, с.30]

Подставляем значения в выражение (1.11)

Подставляем значения в выражение (1.6), получаем

Определим коэффициент чувствительности детали к асимметрии цикла по формуле [1, с.31]

Где – коэффициент чувствительности к асимметрии цикла, который может быть найден по эмпирической формуле [1, с.31]

= 0,02+2 10 -4 = 0,02+2 10 -4 670 = 0,154 (1.14)

Подставляем численные значения в выражение (1.13)

Теперь может быть вычислен предел усталости в произвольном цикле для детали при ограниченном числе циклов .

Подставляем численные значения в выражение (1.5)

Так как =209 =500 . то = =209 .

Проверим условие прочности для данного штока

Вычисляем фактический коэффициент запаса прочности S по формуле (1.1), принимая = ,получаем

В данном случае, принимая во внимание то, что исходные данные и результаты расчёта имеют пониженную точность, назначаем нормативный коэффициент запаса прочности [S] равным 2,00 [1, с.87].

Таким образом видно, что S=2,19 [S]=2,00. То есть при изготовлении штока из стали 45ХН по указанным в техническом задании размерам, будет обеспечено отсутствие усталостной поломки при заданных нагрузках и ресурсе в 2 10 5 двойных ходов, без дополнительной обработки поверхности штока в опасном сечении.

Коэффициент запаса прочности. Допускаемые напряжения

Расчет на прочность бруса на растяжение и сжатие выполняется по опасной точке, т.е. нарушением прочности конструкции считают возникновение хотя бы в одной точке предельных напряжений ( ), при которых в пластичном материале возникают заметные остаточные деформации, а в хрупком материале – первые признаки разрушения. Для пластичного материала при статическом нагружении принимают (предел текучести), а для хрупкого — (предел прочности ). Итак, для того чтобы конструкция была прочной, наибольшее расчетное значение в ней не должно превышать предельного

Это выражение иногда называют физическим условием прочности. Для надежной работы конструкция должна обладать определенным запасом надежности, запасом прочности, т.к. фактические нагрузки и свойства материала реально могут существенно отличаться от принятых для расчета. При этом все эти факторы, снижающие прочность конструкции, носят непредвиденный, случайный характер. Следовательно, нельзя допускать чтобы расчетное напряжение приближалось к предельному. Для обеспечения надежности конструкции вводят коэффициент запаса прочности, равный отношению предельного напряжения к расчетному напряжению

На основе опыта проектирования и эксплуатации конструкций устанавливают минимально необходимые величины коэффициентов запаса прочности (далее – запаса прочности). Эти величины называют допускаемыми или нормативными коэффициентами запаса и обозначают . Расчетный запас прочности должен быть не ниже допускаемого, т.е. условие прочности принимает вид

Перепишем выражение в виде

Это выражение называют: условием прочности по нормальным напряжениям.

допускаемое напряжение: напряжение при котором обеспечивается безопасная работа конструкции с надлежащим (нормативным) запасом прочности.

В «Справочнике машиностроителя» рекомендуют пользоваться для определения коэффициента запаса произведением трех частных коэффициентов

где — коэффициент, учитывающий неточность в определении нагрузок и напряжений (при повышенной точности определения параметров принимают = 1,2 ÷ 1,5, при меньшей точности = 2 ÷3,

— коэффициент, учитывающий неоднородность материала, его повышенную чувствительность к механической обработке (принимают

= 1,2 ÷ 2,2); — коэффициент, учитывающий условия работы, степень ответственности детали (принимают = 1÷ 1,5).

В машиностроении на основании практики конструирования, расчета и эксплуатации машин и сооружений для пластичных материалов при статической нагрузке принимают = 1,4 ÷ 1,6; для хрупких материалов — = 2,5 ÷ 4,0.

Допускаемые напряжения , МПа

Коэффициент запаса прочности (безопасности)

Понятие машины, узла, детали

Машина представляет собой устройство, предназначенное для облегчения или замены труда человека и повышения его производительности.

Машины подразделяют на:

1) машины – двигатели;

2) машины – орудия;

3) машины – транспортирующие;

4) машины – роботы;

5) машины – кибернетические.

Узлом называется законченная сборочная единица, составные части которой подлежат соединению между собой на предприятии сборочными операциями.

Деталь – изделие, полученное без применения сборочных операций (болт, гайка, вал и т.д.). Детали подразделяют на:

1) детали общего назначения (передачи, соединения и т.д.);

2) детали специального назначения (лопатка, поршень и т.д.).

Курс «Детали машин» посвящен расчёту деталей общего назначения.

Классификация деталей общего назначения:

1. Соединительные детали и соединения (необходимы для соединения отдельных деталей в один механизм);

2. Детали для передачи вращательного движения (оси, муфты, валы);

3. Детали для поддержания в пространстве вращающихся частей машины (опоры, корпуса).

Принципы расчёта деталей машин по основным критериям

Задачей проектирования машин является разработка документации, необходимой для их изготовления, монтажа, установки и эксплуатации. При этом к машине предъявляются такие требования, как: прочность, износостойкость, жёсткость, виброустойчивость, теплостойкость, надёжность, технологичность. Эти требования называются критериями работоспособности .

Прочность – способность сопротивляться нагрузкам, не разрушаясь и не имея при этом больших пластических деформаций. Это один из главных критериев. Расчёты на прочность проводят по номинальным допускаемым напряжениям, по допускаемым коэффициентам безопасности и по вероятности безотказной работы.

Расчёт на прочность состоит:

1. Предварительный расчёт (определяются приближённые параметры);

2. Проверочный расчёт (определение прочности в опасных местах).

где — расчётное напряжение, — допускаемое напряжение.

Одним из наиболее общих требований является условие равнопрочности. Очевидно, что нет необходимости конструировать отдельные элементы с излишними запасами несущей способности, которые не могут быть реализованы в связи с выходом из строя других элементов.

Износостойкость. Износ – процесс постепенного уменьшения размеров детали в результате трения. Следствие износа – уменьшение прочности и увеличение динамических нагрузок, нарушение герметичности и т.д. Виды изнашивания: абразивный износ, износ при заедании, износ при коррозии и т. д.

Оценка сопротивлений по изнашиванию проводится по условию:

; ; . где P -давление; PV – мощность трения, -рабочая температура; [ ] — допускаемые значения.

В наиболее ответственных деталях машин износостойкость обеспечивается надлежащей смазкой, применением антифрикционных материалов и герметизацией областей трения.

Жёсткость – это способность детали сопротивляться изменению формы под действием сил.

Проверочный расчёт жесткости состоит в определении упругих деформаций:

— поворота при изгибе;

Виброустойчивость. Вибрация вызывает дополнительные переменные напряжения и приводит к усталостному разрушению деталей. Особенно опасными являются резонансные колебания. Условие отсутствия резонанса — несовпадение частот возбуждающих нагрузок с собственными частотами. Это условие достигается конструктивными мероприятиями.

Теплостойкость. Любая работа вызывает тепловыделение. Это приводит к снижению несущей способности детали, снижению защитной способности масляного слоя, разделяющего трущиеся поверхности детали, изменению зазоров в соединениях, изменению свойств поверхностей, снижению точности машин. Температурный расчёт сводится к ограничению температуры .

Надёжность и долговечность деталей машин

Надёжность – свойство выполнять свои функции, сохраняя свои характеристики. Она определяется безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Безотказность – свойства изделий сохранять работоспособность в течение заданной наработки без вынужденных перерывов.

Долговечность – свойства изделий длительно сохранять работоспособность.

Ремонтопригодность – способность изделия к обнаружению и устранению отказов.

Сохраняемость – свойства изделия сохранять эксплуатационные показатели при хранении и транспортировке.

Имеем N0 изделий для испытаний в течение t часов. Пусть Nот – количество изделий, отказавших при испытании,а Nр – количество работающих изделий, тогда относительное число отказов

Если N0 велико, то Q (t ) – вероятность отказов.

Количественная характеристика надёжности – вероятность безотказной работы P (t ):

Если машина состоит из большого числа узлов, соединенных последовательно (рис.1.2), а отказ одного приведёт к отказу машины, то по теореме умножений вероятностей вероятность безотказной работы есть произведение вероятностей безотказной работы отдельных элементов:

Пусть система состоит из параллельно соединённых деталей (рис.1.3). Вероятность безотказной работы такой системы можно записать в виде

Таким образом, надёжность сложной системы всегда меньше надёжности самого ненадёжного элемента. Чем больше элементов имеет система, тем меньше её надёжность.

Важной характеристикой является интенсивность отказов:

где tср – средняя наработка на один отказ.

В период нормальной эксплуатации машины (область II рис.1.4) отказы от износа (область III) ещё не проявляются и надёжность характеризуется внезапными отказами. Они носят случайный характер и определяются выражением, уменьшаясь с наработкой по экспоненциальному закону (рис.1.5).

Основные пути повышения надёжности машин:

1. Улучшение конструкции изделия.

2. Повышение качества производства.

3. Обоснованное уменьшение напряжённости детали.

4. Правильный выбор системы смазки.

а) постоянно параллельное (рис.1.6);

б) резервирование замещением.

Если надёжность переключения 100%, то

Резервирование применяется тогда, когда исчерпаны все другие средства, существенно повышает надежность системы, но усложняет её.

Выбор допускаемых напряжений при статических и переменных нагрузках

Все основные расчёты делятся на проектировочные и проверочные. Например, для стержня (рис. 2.1)

Допускаемые напряжения – это максимальные значения рабочих напряжений, которые могут быть допущены при условии обеспечения надёжности детали в процессе её работы:

где – предельное нормальное (касательное) напряжение детали, S – коэффициент безопасности.

Предельные напряжения – это такие напряжения, при действии которых деталь выходит из строя:

где k – коэффициент концентрации напряжения;

s limD – предельное напряжение лабораторного образца;

em — масштабный фактор;

kП — коэффициент качества поверхности;

kр – коэффициент режима;

— коэффициент концентрации напряжения.

Фактические напряжения smax в зоне концентрации у дна выточки (рис. 2.2) будут значительно больше, чем где h и d — ширина и толщина пластины.

С увеличением абсолютных размеров сечений детали в большей степени проявляется негативное влияние неоднородности механических свойств металла и структурных дефектов, способствующих развитию усталостных трещин. Наряду с этим увеличение размеров сечения снижает градиент напряжений и положительный эффект возможного упрочняющего воздействия от обработки. Поэтому с увеличением абсолютных размеров сечения деталей происходит снижение их прочности и механических характеристик, получаемых при статических и усталостных испытаниях, учитываемое коэффициентами влияния абсолютных размеров – масштабными факторами

где s-1d (t-1d ) – предел выносливости образца диаметра d ;

s-1 (t-1 ) – предел выносливости пробного образца d = 7…10 мм.

При статических нагрузках состояние рабочих поверхностей оказывает незначительное влияние на их прочность. При циклических нагрузках разрушение деталей связано с развитием усталостных трещин, возникающих обычно в поверхностном слое. Развитию усталостных трещин способствуют возникшие на поверхности в результате механической обработки микронеровности, являющиеся также концентраторами напряжений. Влияние их учитывается коэффициентами качества поверхности

где s-1 и t-1 – предел выносливости полированных образцов;

s-1d и t-1d – предел выносливости образцов с заданной обработкой.

Детали машин обычно подвергаются действию напряжений, циклически меняющихся во времени. При этом возникают микроскопические трещины, приводящие к усталостной поломке деталей. В общем виде кривая, характеризующая изменение напряжений во времени, представлена на рис. 2.3.

Большое значение для работы детали имеют верхние и нижние пределы напряжений,

– среднее или условно постоянное напряжение,

Важным параметром является коэффициент асимметрии цикла .

В технике встречается три основных случая нагружения:

Обозначение [ I ] – первый род нагрузки. R = +1.

Для хрупких материалов принимают

где и — пределы прочности при растяжении и сдвиге.

Для пластичных материалов принимают

где и — пределы текучести.

Обозначение [ II ] –второй род нагрузки.

— предел усталости при отнулевом цикле.

  1. Знакопеременный симметричный цикл (рис. 2.6).

Обозначение [ III ] – третий род нагрузки.

– предел усталости при симметричном цикле.

где ys — коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла.

Коэффициент зависит от материала и его термообработки.

Для нормализованных и улучшенных сталей при sв >800 МПа принимают ys = 0,3…0,4 и yt = 0,4…0,5.

Определение коэффициента запаса прочности

Коэффициент запаса прочности (безопасности)

Существует дифференциальный метод (Одинга) и табличный метод определения коэффициентов запаса прочности.

1. Дифференциальный метод определяет коэффициент запаса прочности как произведение частных коэффициентов, отражающих:

a) достоверность определения расчётных нагрузок S1= 1…1,5;

б) однородность механических свойств материалов S2 =1,2…2;

в) специфические требования безопасности S3 =1…1,5.

2. Таблицы существуют для типовых деталей каждой отрасли.

Основные понятия. Классификация механических передач

Любая машина состоит из трёх основных элементов – двигателя, передаточного механизма, исполнительного механизма.

Устройства для передачи энергии и движения от одного агрегата другому или от одной части машины к другой называются передачами. Передачи подразделяются на механические, электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные. В курсе «Детали машин» изучаются только механические передачи. Введение передач обусловлено следующими причинами:

1. Требуемые скорости исполнительного механизма, как правило, не совпадают с оптимальными скоростями двигателя;

2. Скорость движения исполнительного механизма необходимо регулировать, что не всегда возможно сделать двигателем;

3. Двигатели обычно выполняются для равномерного вращательного движения, а исполнительные механизмы могут требовать иной вид движения.

Передачи по принципу работы разделяются:

а) передачи трением с непосредственным контактом тел (фрикционные) и с гибкой связью (ременные);

б) передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые и червячные) и с гибкой связью (цепные).

По характеру изменения скорости:

а) понижающие (редуктора) и повышающие (мультипликаторы);

б) регулируемые и нерегулируемые.

Регулируемые разделяются на:

а) со ступенчатым регулированием;

б) с бесступенчатым (плавным) регулированием.

По взаимному положению валов:

а) с параллельными осями;

б) с пересекающимися осями;

в) с перекрещивающимися осями.

Устройство, содержащее одну или несколько зубчатых или червячных передач, установленное в жёстком корпусе и предназначенное для понижения частоты вращения и увеличения крутящего момента, называется редуктором .

Коэффициент запаса прочности;

Фактические нагрузки, действующие на деталь, и свойства материалов, из которых она изготовлена, могут значительно отличаться от тех, которые принимаются для расчета.

При этом факторы, снижающие прочность детали (перегрузки, неоднородность материалов и т. д.), носят чаще всего случайный характер и предварительно не могут быть учтены.

Так как детали и сооружения в целом должны безопасно работать и при этих неблагоприятных условиях, то необходимо принять определенные меры предосторожности. С этой целью напряжения, обеспечивающие безотказную работу (эксплуатации) машины или любого другого сооружения, должны быть ниже тех предельных напряжений, при которых может произойти разрушение или возникнуть пластические деформации.

Таким образом, принимают

где [&#&63; ] – допускаемое напряжение; [n ] – нормативный (т. е. предписываемый нормами проектирования конструкций) коэффициент запаса прочности, называемый также коэффициентом безопасности, &#&63;nред предельное напряжение материала.

Различают также расчётный коэффициент запаса прочности.

Отношение предельного напряжения к наибольшему напряжению, возникающему в рассчитываемом элементе конструкции при эксплуатационной нагрузке (т.е. к расчетному или рабочему напряжению) называют расчётным коэффициентом запаса прочности.

Величина n должна быть больше единицы, иначе прочность конструкции будет нарушена.

При статических нагрузках за предельное напряжение для хрупких материалов принимают предел прочности (sпч ). Для пластичных материалов за предельное напряжение принимают – предел текучести (sт ), так как при напряжениях, равных пределу текучести, возникают значительные пластические деформации, которые недопустимы.

Таким образом, коэффициент запаса прочности вводится для того, чтобы обеспечить безопасную, надежную работу сооружения и отдельных его частей, несмотря на возможные неблагоприятные отклонения действительных условий их работы от расчетных.

нормативный коэффициент запаса прочности [n ] назначается на основании имеющегося опыта эксплуатации сооружений и машин.

В последнее время один общий коэффициент запаса расчленяют на ряд составляющих, частных

коэффициентов запаса, каждый из которых отражает влияние на прочность элемента конструкции какого-либо определенного фактора или группы факторов. Например, один из коэффициентов отражает возможные отклонения механических характеристик материала от принимаемых в качестве расчетных, другой – отклонения действующих нагрузок от их расчетных значений и т. д.

Такое разделение общего коэффициента запаса позволяет лучше учесть многообразные конкретные условия работы деталей машин и сооружений и проектировать их с большей надежностью и экономичностью.

Коэффициент запаса прочности представляют в виде произведения n = n1 × n2 × n3

В вопросе о частных коэффициентах и их значениях до сих пор нет единообразия. Значения коэффициентов запаса прочности обычно принимают на основании опыта конструирования и эксплуатации машин определенного типа. В настоящее время в машиностроении имеются рекомендации пользоваться одним, тремя, пятью частными коэффициентами запаса прочности. В «Справочнике машиностроителя» рекомендуется пользоваться тремя частными коэффициентами:

n1 – коэффициент, учитывающий неточность в определении нагрузок и напряжений. Значение этого коэффициента при повышенной точности определения действующих напряжений может приниматься равным 1,2-1,5, при меньшей точности расчета – 2-3;

n2 – коэффициент, учитывающий неоднородность материала, повышенную его чувствительность к недостаткам механической обработки. При расчете по пределу прочности для малопластичных и хрупких материалов величину n2 принимают:

а) для малопластичных материалов (высокопрочные стали при низком отпуске) n2 =2-3;

б) для хрупких материалов n2 =3-4;

в) для весьма хрупких материалов n2 =4-6. При расчете на усталость коэффициент n2 принимают равным 1,5-2,0, увеличивая его для материала с пониженной однородностью (особенно для литья) и для деталей больших размеров до 3,0 и более;

n3 – коэффициент условий работы, учитывающий степень ответственности детали, равный 1-1,5.

Чем больше n. тем прочнее конструкция, тем большим запасом надежности она обладает. В то же время очень большие запасы приводят к перерасходу материала, делают конструкцию тяжелой, неэкономичной, неэстетичной.

Коэффициент запаса прочности

studopedia.su — Студопедия (2013 — 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ‚аш ip: 188.123.231.15

Генерация страницы за: 0.04 сек.




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *