Мощность машин и её преобразование в механизмах 4 страница
Выбор значения [s] является весьма ответственной задачей, поскольку необходима обеспечить требуемую надежность без завышения массы и габаритов детали. Ориентировочно рекомендуют:
для углеродистой стали [s]T = 1,3…2,0;
для серого чугуна [s]B = 2,1…2,4.
При переменных напряжениях. В этом случае для оценки сопротивления усталости деталей необходимо учитывать их конструктивные формы, размеры, состояние поверхности и другие факторы.
При действии переменных напряжении с амплитудой цикла σa, τa расчетные коэффициенты запаса прочности по пределам выносливости определяют по формулам:
в случае нормальных напряжений (изгиб, растяжение- сжатие)
в случае касательных напряжений (кручение, срез)
При совместном действии переменных нормальных и касательных напряжений, например при изгибе с кручением, общий коэффициент запаса прочности
где sσ и sτ - коэффициенты, определяемые по формулам (3), (4).
В случае переменных напряжений для стальных деталей рекомендуется принимать:
при высокой достоверности расчета [s]=1,3…1,5;
при менее точной расчетной схеме [s]=1,6…2,5.
Факторы, влияющие на сопротивление усталости деталей машин при действии переменных растягивающих нагрузок и крутящих моментов согласно ГОСТ 25.504-82 оказывает изменение на показатель кривой выносливости. Так, например показатель для левой ветви кривой выносливости валов определяется по следующей корреляционной формуле:
|
|
|
где K=(Kσ)D - комплексный фактор;
- математическое ожидание предела прочности из 196 экспериментов.
По существующему стандарту ГОСТ 21354-87 для расчета зубчатых передач показатель кривой выносливости (рис. 6, а) по контактным напряжениям для левой ветви qH=6, а для правой ветви - qH1=20 и базовое число циклов NHlim=NHG=NHO=30HB2,4≤1,2∙108. Следует отметить, что по данным профессора Снесарева Г.А. показатель для правой ветви qH1=24, а NHlim=HB2,98≅HB3, чего подтверждает проф. Решетов Д.Н. Для шарикоподшипников qH=9 и роликоподшипников qH=10, а базовое число циклов по мнению Снесарева Г.А. NHlim=3∙108.
Пределы выносливости для материалов зубчатых передач по ГОСТу 21354-87 имеют более стабильное значение, поэтому показателя для левой ветви при расчете на изгибную выносливость можно определить по следующей корреляционной формуле
где К=1,8…2 – для нормализованных и улучшенных колес;
К=2,6…2,8 – для закаленных и цементованных колес.
Для правой ветви показатель кривой выносливости Вёлера при изгибе
Здесь К=2,0…2,2 – для мягких зубчатых колес из-за образования дополнительной ступеньки;
К=2,8…3,0 – для твердых зубчатых колес;
|
|
|
σFst - максимальное значение напряжения изгиба зубчатых колес при кратковременных перегрузках.
Следует отметить, что при qF1≥50 можно считать правую ветвь горизонтальной и принимать YN=1.
Режимы работы и расчетные нагрузки машин
Достижения науки и техники уже на этапе проектирования зубчатых и червячных передач, валов, подшипников качения и других деталей позволяют учесть реальные режимы нагружения, что повышает надежность деталей и узлов общего назначения при одновременном уменьшении их габаритов и металлоемкости.
Нагрузки на детали машин могут быть постоянными и переменными по времени. Однако даже постоянные нагрузки во вращающихся деталях (валах, зубчатых и червячных колесах и т.д.) вызывают переменные напряжения. В деталях, у работающих машин, постоянные нагрузки встречаются редко, только в покое от собственного веса. Тем не менее, отдельные детали могут работать со слабо изменяющимися напряжениями, которые при расчете принимают условно за постоянные.
Нагрузки могут изменяться плавно или прикладываться мгновенно, так называемые динамические. Причины переменности нагрузок в машинах являются:
|
|
|
-неравномерность рабочего процесса двигателя;
-внутренняя динамика из-за неуравновешенности, а также погрешности изготовления детали и сборки узлов;
-неравномерность и переменность процесса рабочего органа машины (например, в строгальных, долбежных, протяжных станках, молотах и прессах, грузоподъемных машинах).
-переменность сил сопротивления и динамические воздействия при случайных перегрузках (универсальные металлорежущие токарные станки, резательные машины пищевых продуктов, специальные технологические машины, подверженные на выполнение различных операций с периодической настройкой). В общем случае переменными являются как амплитуды, так и средние значения нагрузок и напряжений.
Расчеты на выносливость, долговечность деталей машин за планируемый срок службы необходимо выполнять с учетом режима нагрузки. К режимам постоянной нагрузки условно относят режимы с отклонениями до 10%. При этом за расчетную обычно принимают нагрузку, соответствующую номинальной мощности двигателя. Это приводит к излишним запасам, к утяжелению конструкции. Этот худший случай нагрузки принимают за расчетный для неопределенных режимов нагрузки. Например, для редукторов общего назначения, которые используются в самых различных условиях. Переменность режима нагружения вызывается непостоянством полезных нагрузок и инерцией самой механической системы.
|
|
|
Двухпараметрическая или однопараметрическая схематизация позволяет свести повторно-непериодические напряжения к повторно- периодическим, изменяющимся по асимметричному знакопостоянному или знакопеременному симметричному циклу.
image317
Рис. 9. Различный характер изменения напряжений во времени.
а - регулярное; б –бигармоническое; в – блочное; г – случайное напряжение
Рекомендуется 10 типовых и 36 эквивалентных режимов работы машин (рис. 10 и 11).
Вообще тяжелый режим I характерен для машин горнорудной и металлургической промышленности с круглосуточной работой; режим II-средний равновероятный характерен для технологического оборудования при 2-х сменной работе, режим III-средний нормальный присущ технологическому оборудованию и транспортным машинам. При полной односменной работе режим IV-легкий присущ универсальным машинам при односменной работе типа металлообрабатывающих станков и мясо-резательных установок; режим V-особо легкий присущ редко используемым машинам.
Большинство режимов работы современных машин можно свести к шести типовым режимам, представленным на графике рис. 10, в безразмерных координатах.
По оси абцисс отложено отношение числа циклов Ni с крутящим моментом Тi суммарному числу циклов перемены нагружений NΣ за весь период работы. По оси ординат отложено отношение крутящих моментов Ті к максимальному длительному моменту Тmax. Длительно действующими называют крутящие моменты в спектре нагрузки, суммарное число циклов действия которых N>5∙104 при расчете на изгибную выносливость и N>0,003NHG при расчете на контактную выносливость, где NHG=НВ2,98- базовое число циклов при расчете на контактную выносливость.
image319
Рис. 10. Типовые режимы нагружения:
0 –постоянный; I –тяжелый; II-средний равновероятный;
III –средний нормальный; IV-легкий; V-особо легкий
Крутящие моменты Тi или нагрузки Fi, у которых за всё время работы N<5∙104 при расчете на изгибную выносливость и N<0,003NHG при расчете на контактную выносливость, считают кратковременно действующими и при расчете деталей на выносливость не учитывают, поэтому упорядоченные графики нагрузки получаются ступенчатыми. Более глубоко изучены грузоподъемные машины, обобщенные графики нагрузки на основе эксперимента приведены на рис.11.
image321
Рис.11. Типовые графики нагружения ГПМ
Следует отметить, если по ГОСТу 21357-87 по вертикальной оси типового режима отложена отношение длительно действующего наибольшего момента - Ti к максимальному моменту - Tmax с учетом коэффициента внешней динамики - KA по циклограмме нагрузок, то международный стандарт ISO6336 предусматривает принятия отношения длительно действующего наибольшего момента - Ti к номинальному моменту - Tном с выделением KA.
Для грузоподъёмных машин режим I называется весьма тяжелым (класс нагружения В4), что характерно подъёмным машинам горнорудной промышленности и металлургического производства с круглосуточной работой; режим II-тяжелый, присущ подъёмным машинам массового производства (класс нагружения В3), режим III-средний, присущ подъёмным машинам при односменной работе (класс нагружения В2), режим V-лёгкий (класс нагружения В1), присущ универсальным грузоподъёмным машинам, редко работающие с номинальным грузом. Такие режимы работы ГПМ соответствует ГОСТу 25546-82, который выполнен на основе международного стандарта ISO 4301-80.
Для машин непрерывного действия режим I -весьма тяжелый (класс использования В5); режим II -тяжелый (класс использования В4); режим III -средний (класс использования В3); режим ІV -легкий (класс использования В2); режим V -весьма легкий (класс использования В1).
Классы нагружения отражают относительную нагрузку механизма в соответствии со спектром нагрузок и зависят от значения коэффициента нагружения
где q- показатель кривой выносливости Вёлера;
α - показатель, характеризующий зависимость между нагрузкой и напряжением:
α =0,5 – при расчете на контактную выносливость зубчатых и червячных передач;
α =1/3 – при расчете на контактную прочность подшипников качения;
α =1 – при расчете на изгиб, растяжение- сжатие;
tΣ - суммарное время работы за планируемый срок службы в часах;
Fi - нагрузка (сила, момент), действующая в течение времени ti, за заданный срок службы;
Fmax – наибольшая нагрузка, определяемая с учетом всех факторов согласно ГОСТ 25835 –83.
Следует заметить, что по ГОСТу 21354-87 коэффициент нагрузки называется коэффициентом эквивалентности по числу циклов нагружения и Kнагр=μ.
Для конвейеров при определении тягового усилия методом обхода по контуру рассматривается период установившегося движения тягового органа с грузом, поэтому называется тяговый расчет в статике и коэффициент внешней динамики здесь не учитывается.
Расчетная нагрузка при расчете на выносливость механических передач определяется по формуле:
Tp=KA∙T1∙KE,
здесь КА - коэффициент внешней динамики;
Т1- номинальный максимально длительно действующий момент;
КЕ - коэффициент приведения режима с переменной нагрузкой к постоянному эквивалентному по усталостному воздействию.
Произведение (KA∙T1=Tmax) коэффициента внешней динамики наибольшему длительно действующему моменту, на основании вышеуказанного положения, профессор Снесарев Г.А. называет максимальным моментом.
В зарубежной литературе эквивалентный момент по Винтеру Х. определяется по следующему выражению, так как КА уже введен в расчетные формулы по определению контактной и изгибной выносливости:
TE=KE∙T1
Расчетная нагрузка по Снесареву Г.Н. на выносливость имеет вид:
Tp=KE∙Tmax
здесь Tmax=KA∙T1 и КА в расчетные формулы не введены, а по зарубежным источникам данное выражение приобретает вид:
Tp=KA∙TE
Определение коэффициента внешней динамики КА
При отсутствии данных непосредственных измерений или отраслевых рекомендаций по определению коэффициента внешней динамики – КА рекомендуется использовать ориентировочные данные, приведенные в таблицах на основе стандарта ГОСТ 21354-87.
Таблица 6. Коэффициент внешней динамической нагрузки при расчетах на усталостную прочность – КА
Режим нагружения двигателя
Режим нагружения ведомой машины
равномерный
с малой
неравномерностью
со средней
неравномерностью
со значительной
неравномерностью
Равномерный
1,00
1,25
1,50
1,75
С малой неравномерностью
1,10
1,35
1,60
1,85
Со средней неравномерностью
1,25
1,50
1,75
2 и выше
Со значительной неравномерностью
1,50
1,75
2,00
2,25 и выше
Коэффициент внешней динамической нагрузки, так называемый коэффициент внешней динамики, можно представить как произведение режима нагружения двигателя – КДВ и ведомой машины – КР,М, (таблицы 8 и 9).
КА=Кдвиг.∙Кр.м.
Данный коэффициент обычно задается предельными значениями КА min и КАmax. Соответственно среднее значение
КА=0,5(Каmin+Каmax)
Таблица 7. Характерные режимы нагружения двигателей
Режим нагружения
Вид двигателя
Равномерный КДВ=1,00
Электродвигатели общепромышленного назначения, паровые и
газовые турбины при стабильных режимах эксплуатации
и небольших пусковых моментах.
С малой неравномерностью КДВ=1,10
Крановые электродвигатели, гидравлические двигатели, паровые и
газовые турбины при больших часто возникающих пусковых моментах.
Со средней неравномерностью КДВ=1,25
Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания.
Со значительной неравномерностью КДВ=1,5
Одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания.
По предположению профессора Решетова Д.Н., все поля рассеивания покрываются шестью средними квадратическими отклонениями - SА, получим
Соответственно коэффициент вариации будет
Характер режима нагружения ведомой машины зависит от условий эксплуатации, физико-механических свойств транспортируемого материала, характера нагружения рабочего органа, а также от погрешности изготовления отдельных деталей и сборки узлов. Поэтому коэффициент внешней динамики является случайной величиной (таблица 10).
Согласно ГОСТ 25835-83 режим работы механизмов ГПМ делится на четыре группы, и эквивалентная нагрузка определяется по формуле
FE=KД∙Fmax или TE=KД∙Fmax,
где КД - коэффициент долговечности
KД=KG∙KT∙KТР,
Таблица 8. Характерные режимы нагружения ведомых машин
Режим нагружения
Вид рабочей машины
Равномерный
КР.М.=1,00
Электрический генератор; равномерно работающие конвейеры с тяговым органом; легкие подъемники, упаковочные машины; вентиляторы; мешалки для веществ равномерной плотности; турбокомпрессоры, легкие центрифуги; машины и механизмы с равномерно вращающимися деталями.
С малой
неравномерностью
КР.М.=1,25
Неравномерно работающие конвейеры с тяговым и без тягового органа; шестеренчатые и ротационные насосы; главные приводы станков; тяжелые подъемники, механизмы с вращающимися деталями кранов; промышленные и рудничные вентиляторы; тяжелые центрифуги и сепоратораторы большой производительности; перемешивающие устройства и мешалки для веществ с переменной плотностью; поршневые многоцилиндровые насосы и компрессоры; струйные и дозировочные насосы; экструдеры; каландры; вращающиеся печи; станы холодной прокатки.
Со средней
неравномерностью
КР.М.=1,50
Экструдеры для резины; мешалки с прерывающимися процессом; резательные машины пищевой промышленности; легкие шаровые мельницы; металло-и деревообрабатывающие станки и пилы, одноцилиндровые поршневые насосы; нереверсивные станы горячей прокатки, грузоподъемные машины тяжелой промышленности.
Со значительной
неравномерностью КР.М.=1,75
Экскаваторы; черпалки; тяжелые шаровые мельницы, дробилки камня и руды; резиносмесители; кузнечные машины; тяжелые дозировочные насосы; ротационные буровые машины; брикетные прессы, реверсивные станы горячей прокатки.
здесь
- коэффициент, учитывающий переменность нагрузки во времени;
- коэффициент, учитывающий срок службы детали;
NP - суммарное число циклов нагружения за расчетный срок службы;
NFG=4× 106 – базовое число циклов при расчете на изгиб, растяжения или на кручения;
NHG = 107 - базовое число циклов при расчете зубчатых колес по контактным напряжениям по данным ВНИИПТмаш (РТМ 24.090 - 76).
- коэффициент тренировки, при а=1;
KTP=1 - при отсутствии кратковременных пиковых нагрузок;
a=1,35+0,5lgδц - при наличии кратковременных перегрузок высокого значения
- коэффициент относительной продолжительности пиковой нагрузки, у которой число циклов нагружения равно - Nц.
Таблица 9. Характерные режимы нагружения конвейерного транспорта
Условие
эксплуатации
Характеристика
транспортируемого груза
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 274; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!