Выбор сечений детали, виды концентраторов нагрузки и напряжений и способы снижения их, собственная и контактная жесткость деталей, критерий износостойкости и способы его обеспечения

кручении наиболее выгодны круглые кольцевые тонкостенные сечения, а из числа сплошных – круглые сечения. Переход от квадратного сечения к круглому повышает прочность на 33 %, а жесткость на 13 %.

W _кв. : W_{к. кольц.} = 0,21 : 0,28 =0,75;

I_кв : I_{к. кольц.} =0,14 : 0,16 =0,875.

Переход от сплошного круглого сечения к замкнутому кольцевому с  повышает как и при изгибе, прочность в 2,75, а жесткость в 4,5 раза.

W_з.к. : W_c.к. = 0,78 : 0,28 = 2,75;

I_з.к. : I_с.к. =0,72 : 0,16 = 4,5.

Разомкнутые сечения очень плохо работают на кручение. Разрез кольцевого сечения с понижает прочность в 12 раз, жесткость в 60 раз.

W_к. : W_{к. раз.} = 0,78 : 0,063 = 12;

I_к.: I_{к. раз.} = 0,72 : 0,012 = 60.

Лист 2

Примеры концентрации нагрузки.

1 Действие нескольких векторов нагрузки (в плоских стыках)

Концентрация нагрузки сильно снижает несущую способность деталей машин и часто является причиной выхода из строя. Эпюры давления резко неравномерны. Коэффициент концентрации нагрузки в витках резьбы достигает 3; нередко давление между контактирующими деталями распределяется не по всей длине, т. е. коэффициент концентрации больше 2. Если концентрация нагрузки вызвана упругими деформациями деталей (валов), то весьма эффективным средством ее снижения является повышение жесткости.

Также выгодно применять конструкции с уменьшенной концентрацией нагрузки: упругие прокладки.

2. Посадка деталей с гарантированным натягом.

Возможно снижение концентрации нагрузки компенсирующим искажением формы: снятие конических фасок на ступицах.

Применение рациональных конструкций, т. е. применение технологической выборки.

3.  Разные по знакам нагрузки (в резьбовых соединениях).

возможно снижение концентрации нагрузки компенсирующим искажением формы, например выполнение гаек с коническим отверстием под резьбу.

4.  Угловые повороты валов в подшипниках скольжения (цилиндрические подшипники скольжения).                

Повышение жесткости достигается путем увеличения диаметра.

Самоустановка – технологическое мероприятие: снятие конических фасок на вкладышах подшипников, шабровка подшипников по нагруженному валу.

5. Несимметричное расположение зубчатых колес на валах (зубчатые передачи).

Полного снятия нагрузки достигают применением самоустанавливающихся конструкций. Современное оборудование позволяет обеспечить самоустанавливаемость технологическими методами: зубчатые колеса с бочкообразным зубом, конические колеса с круговым зубом.

Выгодно применять конструкции с уменьшенной концентрацией нагрузки: редукторы с симметричным расположением наиболее нагруженных зубчатых колес на валах.

Лист 3.

Снижение концентрации напряжений.

1.  Ступенчатое изменение сечений.

Кольцевая канавка – служит для выхода шлифовального инструмента при шлифовке вала для посадки подшипника.

Увеличением радиуса кривезны галтели с 0,1D до 0,2D можно снизить коэффициент концентрации напряжений на 20 –25 %.

Можно сделать ступенчатый вал с галтелью на свободном участке практически без напряжений, если переходный участок может иметь длину до 1,6D.Прочность коленчатых валов за счет формы увеличивают в 2 –3,5 раза.

Разгрузочные канавки на валах снижают k_g на 20 %.

2.  Резьба.

Переходом от обычных упорных резьб к специальным с увеличенным радиусом впадин до 0,375S в прессостроении снижает k_g в 1,5 раза.

Увеличением радиуса впадин в крепежной резьбе с 0,1S до 0,2S снижают теоретический коэффициент концентрации на 25 %.

Эффективно выполнение болтов полыми на участках, подверженных переменным нагрузкам, со стержнем уменьшенного диаметра или с полым стержнем. 

3.а) Колесо зубчатое эвольвентное с углом профиля 20⁰.

б) Прямобочные шлицы.

Увеличение радиуса выкружек зубьев с (0,15 – 0,2)m до (0,5 – 0,6)m, где m – модуль, понижает теоретический коэффициент концентрации напряжений на 20 %.

Разгрузочные канавки на валах снижают k_g  на 20 %.

Эффективно выполнение валов полыми на участках повышенного диаметра, коленчатых валов с полыми шейками, болтов, подверженных переменным нагрузкам, со стержнем уменьшенного диаметра или с полым стержнем.

Лист 4.

Повышение собственной жесткости и устранение вредного влияния упругих деформаций.

Во многих конструкциях важно обеспечить малые деформации только в определенных направлениях, влияющих на работоспособность. Это достигается использованием симметрии. В конструкциях, требующих весьма высокой точности, но подверженных большим нагрузкам, приходится применять упругое начальное или технологическое деформирование в противоположном направлении.

Стенки крупных стоек и станин должны снабжаться сеткой ребер