Виды нагрузок, действующих на детали машин
1.3 Виды нагрузок, действующих на детали машин
В процессе работы детали машин и механизмов находятся под действием внешних (рабочих) нагрузок. Рабочей называется нагрузка (сила, момент), воспринимаемая деталью или узлом в процессе эксплуатации машины.
В процессе эксплуатации детали машин находятся под воздействием чаще всего переменных нагрузок, характер изменения которых может зависеть от систематических или случайных факторов. Так, для машин, выполняющих в производственном процессе определенные технологические функции, характер изменения нагрузок для одного технологического цикла остается приблизительно постоянным. В некоторых случаях, например для транспортных машин, нагрузки зависят от ряда случайных факторов (сопротивления передвижению, определяемому рельефом и состоянием пути, инерционными и ветровыми воздействиями и т. д.).
Статическими называют нагрузки, значение, направление и место приложения которых остаются постоянными или меняются медленно и незначительно от нуля до своего конечного значения, оставаясь в дальнейшем практически постоянными. К этому виду нагрузок относятся собственная сила тяжести изделия, давление газа или жидкости в резервуарах или трубах, сила затяжки болтов.
Динамическими называют нагрузки, характеризующиеся быстрым изменением во времени их значения, направления или места приложения. Примером динамических нагрузок могут служить нагрузки на рабочие детали кузнечного молота, на зубья звездочек цепных передач и зубчатых колес и т. д.
В деталях машин, подвергающихся длительное время переменным напряжениям, происходит процесс постепенного накопления повреждений, приводящий к образованию трещины, ее развитию и окончательному разрушению детали. Этот процесс называется усталостью материалов. Подробно расчеты на усталость изложены в курсе «Сопротивление материалов».
В связи с переменным характером рабочих нагрузок иногда в расчеты вводят так называемые номинальные нагрузки. Под номинальной понимают нагрузку, выбираемую из числа действующих в установившемся режиме рабочих нагрузок. В качестве номинальной предпочтительно принимать максимальную или наиболее длительно действующую нагрузку.
Бесплатная лекция: "2. Противопожарные стены" также доступна.
Рис. 1.2 Рис. 1.3
Переменные рабочие нагрузки обычно задают в виде упорядоченных графиков. На рис. 1.9 показан в качестве примера закон изменения нагрузки F и частоты вращения п (мин-1) рассчитываемой детали (вала, оси, зубчатого колеса и т. д.) за некоторый повторяющийся период времени tc=t. Число таких периодов (блоков) за полный срок службы обозначают ∑tс. Нагрузкой может быть сила F, изгибающий или крутящий момент М и т. д. Плавное изменение нагрузки можно заменить вписанными прямоугольниками со сторонами F1t1, F2t2, ..., Fiti и n1t1, n2t2, ..., n iti. Максимальную нагрузку и соответствующую ей частоту вращения отмечают индексом 1, а последующие нагрузки в порядке убывания обозначают 2, 3 и т. д.
Рассматриваемый закон изменения нагрузки можно представить в виде, показанном на рис. 1.10, на котором по горизонтальной оси отложены значения чисел циклов изменения напряжений N∑, а по вертикальной – значения нагрузок в порядке убывания. На рис. 1.10 показаны три нагрузки, но рассматриваемый метод относится к любому числу нагрузок.
Числа циклов изменения напряжений при действии нагрузок F1, F2, F3, ..., Fi определяют по формуле N∑ = 60 n t∑ или N∑ = 573 ω t∑; здесь п – частота вращения, мин-1; ω – угловая скорость, рад/с; t∑ – суммарное время работы передачи, ч; для типичных условий работы привода t∑ = TDCtc где T –срок службы механизма, год; D – число рабочих дней в году; С – число смен; tc – продолжительность работы за смену, ч.
Заданную переменную нагрузку можно заменить постоянной, равноценной по повреждающему действию на деталь за тот же период времени. Такую нагрузку называют расчетной.
Размеры деталей машин определяют по расчетным нагрузкам, которые зависят не только от значения и характера изменения рабочей нагрузки, но и от особенностей ее передачи по силовой цепи: степени динамичности, равномерности распределения нагрузки по контактирующим поверхностям, особенностей взаимодействия последних (сцеплением или зацеплением); они зависят также от назначения детали (узла) и условий эксплуатации.
