Факторы, влияющие на усталостную прочность.

1. Концентратор напряжений– место с резким изменением размера и формы детали. В сечениях деталей, где имеются резкие изменения размеров, надреза, острые углы, отверстия, как правило, развиваются трещины усталости, приводящие в итоге к разрушению детали (Рис.VIII. 4, а). Поэтому при конструировании и изготовлении деталей машин концентраторы напряжений исключаются из конструкций с помощью фасок или скруглений или шлифовкой поверхности концентратора при изготовлении детали (Рис.VIII. 4, б).

а)б)

Рис. VIII. 4

При расчетах концентраторы оцениваются с помощью эффективного коэффициента концентратора напряжений k_σ, определяемым пределом выносливостиσ_-1 образца детали без концентраторов напряжения и пределом выносливостиσ΄_-1 образца с концентраторами напряжений:

.

2. Частота обработки поверхности– сочетание выступов и впадин на поверхности детали, которое представляет собой изначальные трещины, которые при циклическом нагружении развиваются, что приводит к более раннему износу детали. Поэтому в реальном проектировании наиболее ответственные места шлифуются. В практике проектирования фактор шероховатости оценивается экспериментально:

,

где ε_σ– коэффициент влияния шероховатости;

σ΄_-1– предел выносливости реальной шероховатой детали;

σ_-1– предел выносливости полированного образца.

3. Габаритность детали.

Практика показывает, что в при больших габаритах детали большая вероятность появления и развития внутренних дефектов. Так, большие заготовки для валов гидротурбин изготавливаются тщательнее, вследствие того, что чаще всего в них встречаются дефекты.

Для оценки габаритности детали вводят коэффициент габаритности β_σ:

,

где σ΄_-1– предел выносливости реального габарита детали;

σ_-1– предел выносливости образца.

При расчете детали машины на усталостную прочность учитываются все эти коэффициенты, при этом вводится общий коэффициент запаса прочности n, определяемый пределом выносливостиσ_-1материала данной детали и эквивалентным напряжениемσ_экв:

.

Среднее значение коэффициента запаса прочности nопределяется коэффициентами запаса прочности при изгибеn_σиn_τ– при кручении:

Эквивалентное напряжение σ_экв, в свою очередь, учитывает параметры циклических нагружений – амплитуду нагруженияσ_аи среднее напряжениеσ_mдетали:

,

где ψ– коэффициент, учитывающий влияние цикла на структуру материала детали.

Усталость – опасное явление, поэтому все машины рассчитываются на выносливость. При этом расчет ведется в два этапа: оценивается статическая прочность проектируемой детали (на основании чего определяются геометрические характеристики детали), после чего проводится расчет на усталостную прочность уже для готовой конструкции.

IX. Механические передачи вращательного движения.

В биомеханике вращательное движение практически не встречается, в основном преобладают возвратно-поступательные механизмы с шарнирными сочленениями. В технике вращательное движение используется весьма широко, а именно – при передачи механической энергии (движения) от двигателя к исполнительному органу машины или прибора, а так же для преобразования видов движения, моментов и усилий в передаточных механизмах (устройствах). Примером передаточного механизма может послужить привод механического перемешивающего устройства (Рис. IX. 1), состоящий из двигателя1, передаточного устройства3и исполнительного механизма4со своим рабочим органом, соединенных с помощью муфт2.

Рис. IX. 1

Приводомоборудования называется сочетание двигателя и передаточного устройства. Назначение двигателя сводится к превращению одного вида энергии в другой. Так, двигатель внутреннего сгорания превращает потенциальную энергию топлива в механическую энергию выходного вала, электродвигатель преобразует электрическую энергию – в механическую.

Любое передаточное устройство характеризуется мощностью двигателя N_дв:

,

где М_к– передаваемый крутящий момент;

ω– угловая скорость двигателя, рассчитываемая по формуле:

,

а так же эффективностью передачи энергии, оцениваемой коэффициентом полезного действия(КПД)η:

.

Следует иметь в виду, что при наличии в схеме устройства муфт, опор или редукторов КПД рассчитывается с учетом коэффициентов полезного действия в этих устройствах:

,

где η₁– КПД муфты;

η₂– КПД опоры;

k– число опор;

η₃– КПД редуктора;

l– число ступеней редуктора.

Основным кинематическим параметром передаточного механизма является передаточное отношениеи– отношение угловых скоростей вала ω₁и редуктораω₂:

.

Редуктор– закрытая зубчатая передача, служащая для уменьшения числа оборотов вала. Очень часто в механике используются закрытые зубчатые передачи, служащие для увеличения числа оборотов –мультипликаторы.

В зависимости от типа звена, передающего вращающий момент, механические передачи подразделяются на несколько видов, основными и наиболее употребляемыми из которых являются:

- фрикционные передачи;

- передачи с гибким тяговым органом;

- зубчатые передачи.