Материале конструкции

3. Допускаемое контактное напряжение, так как перепад твердостей материалов шестерни и зубчатого колеса незначителен, определяем для материала зубчатого колеса *

Коэффициент, учитывающий нестабильность свойств материала зубчатого колеса и ответственность зубчатой передачи для шестерни, S^j Определяют в зависимости от способа термической и химико-термической обработки и заданной вероятности неразрушения по табл. 100—103. Для вероятности неразрушения более 0,99 Spi = 1,95

где Si — коэфициент надёжности материала; для поковок, проката и т. п. рекомендуется принимать Sj = 1,1; для термически необработанного литья Si—1,3; S2 — коэфициент, зависящий от степени ответственности зубчатой передачи; $2 рекомендуется выбирать равным от 1 до 1,3 в зависимости от размера убытков, причиняемых остановкой или аварией агрегата, содержащего рассчитываемую зубчатую передачу; /И] — коэфициент, зависящий от полноты и надёжности данных, характеризующих прочность материала; если предел выносливости на изгиб при том виде циклов напряжений (знакопеременные или предельные знакопостоянные циклы), при котором работают зубья на изгиб, известен, то можно принимать MI — \, в противном случае MI следует брать не менее 1,1; если зубья зубчатых колёс в работе могут нагреваться до 100— 120°, то коэфициент М\ следует увеличивать на 10%, учитывая этим снижение предела усталости на изгиб при температуре 100— 120" по сравнению с пределом выносливости при комнатной температуре [49]; М% — коэфициент, зависящий от строгости контроля качества материала зубчатого колеса (от количества испытуемых зубчаток из партии); обычно М2- 1,05н-1,15; Ма — коэфициент, учитывающий влияние размера зубьев на их прочность; при модуле т < 10 мм можно брать Л43-1; при т > 10 мм следует принимать ЛГ3-1,05-т- 1,2; 1\ — коэфициент чистоты поверхности; для цементованных, цианированных и азотированных зубьев 7^-1; в остальных случаях TI рекомендуется определять по формуле (17а); Та — коэфициент остаточных напряжений растяжения; при отжиге, нормализации или закалке с длительным отпуском Tz~l; в остальных случаях Та рекомендуется определять по формуле (176); 7'3 — коэфициент, учитывающий влияние посадки и шпоночной канавки; для цельнокованых (с валом) и литых зубчатых колёс и для зубчатых колёс с отверстием для посадки на вал или на центр, отличающимся от диаметра окружности впадин зубьев более чем на 10 модулей, 7-3=1 [30].

Влияние материала зубчатого колеса и термической обработки на точность его изготовления. Высококачественные колёса изготовляются из хромоникелевой стали с различным содержанием никеля и хрома в зависимости от назначения детали. Зубчатые колёса, подвергающиеся цементации, часто изготовляются также из хромистой стали с содержанием углерода до 0,20%. Ковка заготовки увеличивает прочность зубчатого колеса и его сопротивление износу и ведёт, кроме того, к экономии инструмента. Точность нарезания колёс в этом случае также выше в силу меньших отжимов инструмента при обработке материала более однородной массы.

Е — модуль продольной упругости материала зубчатого колеса; „ 2?1?'„

Модуль упругости материала зубчатого колеса, МПа.....................

Предел текучести материала зубчатого колеса, МПа....................

Характеристика материала зубчатого колеса Окружная скорость, м/с Значение приработки уа, мкм Максимальное значение прира-МКМ

Коэффициент, учитывающий нестабильность свойств материала зубчатого колеса и ответственность зубчатой передачи, Определяют по табл. 112—115. Для нитроцементованной шестерни из стали 25ХГН 5^=1,55. Для колеса из стали марки 40Х, закаленной при нагреве ТВЧ с закаленным слоем, повторяющим очертания впадины: S'F2 = 1,7

где v — удельный вес материала зубчатого колеса, кгс'см3; g= 981 см/с2; Ь, г — соответственно ширина и радиус делительной окружности зубчатого колеса, см.

Физическая природа возникновения АЭ в материале при его пластическом деформировании и разрушении, очевидно, связана с микропроцессами необратимого деформирования и разрушения материалов. Приложенная нагрузка приводит к возникновению в материале конструкции полей напряжений и деформаций, за счет энергии которых зарождаются и развиваются дефекты, приводящие в конечном итоге к разупрочнению материала. Зарождение, перемещение, рост дефектов, а также их исчезновение сопровождаются изменением напряженно-деформированного состояния и перестроением микроструктуры материала. При этом в материале перераспределяется внутренняя энергия, что приводит к возникновению АЭ. В металлах возникновение АЭ связано с образованием и движение дислокаций, зарождением и развитием трещин, с фазо-

Колебательная энергия ослабляется из-за инерциального сопротивления ограждения, а также затухает из-за внутренних вязких потерь, возникающих в материале конструкции при ее колебании.

При эксплуатации в указанных изделиях, как правило, возникает сложное напряженное состояние. Материалы ППС позволяют достаточно близко согласовать поле напряжений и поле сопротивления. Зная соотношение между главными напряжениями в материале конструкции, можно получить соотношение и между характеристиками прочности соответствующей укладкой армирующего материала.

Усталостные явления в материале конструкции будут сказываться, в первую очередь, па величине квазиупругой силы. По мере их развития должны изменяться коэффициент затухания

Второе принципиальное положение, на которое обращено внимание в курсе, состоит в усилении информации (главы IV, VIII, XIX) о самом материале конструкции. Там, где это было мыслимо, применяются понятия физики твердого тела, однако в основном используется феноменологический подход. Эта часть курса в определенном смысле пересекается с предметом физики твердого тела, кристаллографии, материаловедения, включая сюда вопросы технологической прочности. Попали в поле зрения и новые, нетрадиционные материалы, и новые условия работы материалов (радиационные эффекты при высоких уровнях облучения, очень высокие и очень низкие температуры, высокие скорости нагружения, высокие давления и т. п.).

на при турбулентном течении теплоносителей в каналах представляет актуальную для инженерной практики задачу. В общем случае целью таких расчетов является определение нестационарных полей температур и скоростей в потоке теплоносителя и полей температур и термических напряжений в материале конструкции, окружающей поток. В большинстве случаев для потока достаточно знать лишь среднемассовые температуры, среднерасходную скорость и перепады давлений. Принципиально эти поля могут быть определены из решения сопряженных задач, когда математическая модель для описания теплообмена и гидродинамики в теплоносителе дополняется уравнением теплопроводности для материала конструкции и условиями сопряжения на границе между теплоносителем и стенкой, а граничные условия задаются на внешней граниие стенок каналов [24].

3. Максимизация собственных частот конструкций. При заданных длине и материале конструкции, форме поперечного сечения и краевых условиях задача оптимального проектирования может быть сформулирована в следующем виде: считая поперечное сечение F(6) конструкции переменной проектирования и основное собственное значение о2 (и — собственная частота конструкции)

где о и о* — переменные напряжения усталостного цикла нагружения или амплитуды циклических напряжений в материале конструкции и соответственно в паяном соединении, Па; °е> и аш — пределы выносливости (т. е. некоторые константы) материала конструкции и соответственно паяного соединения, работающих преимущественно на изгиб, Па; N и N* — числа циклов до разрушения соответственно материала конструкции и паяного соединения, на базе которых определяются пределы выносливости.

Условие коррозионной стойкости и старения. С течением времени под действием агрессивных сред прочность паяных соединений изменяется [20]. Если эти изменения происходят с той же или меньшей интенсивностью, что и в материале конструкции, то можно считать их приемлемыми.

Оценивая характеристики долговечности изделий по усталостным явлениям в материале конструкции и паяных соединениях, необходимо обеспечить следующие условия:

Под воздействием внешних нагрузок, а также структурно-фазовых превращений в материале конструкции возникают внутренние силы, которые могут быть выражены через внешние нагрузки. Внутренние силы, приходящиеся на единицу площади поперечного сечения тела, называют н а п р я -