Характеристики цикла нагружения

Рассмотрим вращение вала под нагрузкой (рис. 15.3). Выделим на поверхности вала точку Л и найдем напряжения в этой точке при вращении вала. В исходном положении точка Л находится на нейтральной оси и напряжения в ней о = 0. При повороте на 90° точка перейдет в положение /1| в область сжатых волокон. Напряжения в ней о = шаха_сжат.

Рис. 15.3. Изменение напряжений при вращении вала.

Через четверть оборота точка Л приходит в положение Л₂ на нейтральной оси. Напряжения в ней вновь о = 0. Еще четверть оборота, и точка А оказывается в положении А_г в области растягивающих напряжений (о = таха_раст). Завершая оборот, точка вновь приходит в положение А, и вновь в ней напряжения о = 0. Как видно из графика, за один оборот совершается полный цикл нагружения по синусоидальному закону. Число оборотов, совершенное валом за все время работы есть число циклов нагружения вала. Долговечность детали практически не зависит от формы цикла нагружения и скорости нагружения, а зависит только от числа циклов.

Введем характеристики цикла нагружения. На рис. 15.4 показан произвольный асимметричный цикл нагружения и отмечены размерными стрелками четырех характеристики цикла: о_тах — максимальное напряжение цикла; o_mjn — минимальное напряжение цикла; о_а — амплитуда цикла; о_т —среднее напряжение цикла; о_тах = о_т + о_а

°тт ^{= 0}/и^-аа*.

Рис. 15.4. Характеристики цикла нагружения.

Введем коэффициент асимметрии цикла: г = o_min/a_max. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся виды циклов нагружения:

симметричный цикл нагружения (рис. 15.5, а) при o_a=o_max=—o_min, о_т = 0, r=—1 испытывают все вращающиеся детали;

пульсирующий (отнулевой) цикл нагружения растяжением (рис. 15.5, б) при о_т = о_а = o_max/2, o_min = 0, г = 0 — зубчатые колеса (точки на растянутой стороне зубьев);

пульсирующий (отнулевой) цикл нагружения сжатием (рис. 15.5, в) при о_т = о_а = o_min/2, o_max = 0, г = -оо _ зубчатые колеса (точки на сжатой стороне зубьев);

постоянная нагрузка (рис. 15.5, г) о_т = o_min = o_max, о_а = 0, г = 1. Коэффициент асимметрии г может принимать значения — < r< 1. Любой цикл нагружения можно представить как сумму симметричного цикла (о_а) и постоянной нагрузки (о_/и).

Рис. 15.5. Вилы циклов нагружения.