Резьбовые соединения (стр. 2 из 4)

и к касательным напряжениям t с заменой в формулах символа s на t.

Во всех реальных деталях имеются микротрещины, включения, несплошности, нарушения структуры, т.е. дефекты. При переменных напряжениях микротрещины (и другие дефекты), развиваясь (с наработкой числа циклов), приводят к усталостной трещине, которая проникает в глубь сечения и вызывает усталостное разрушение детали. Процесс накопления повреждений называют усталостью. Усталостное разрушение происходит при меньших напряжениях, чем s_В или s_Т.

1.3.2 Пределы выносливости

Циклическая долговечность материалов при переменных напряжениях характеризуется кривыми усталости (кривыми Велера). Кривые усталости (рис. 1.4) получают экспериментально на стандартных образцах, задавая им различные величины напряжений s_max и фиксируя число циклов N, при которых происходит разрушение образцов.

Уравнение кривой усталости: s_i^qN_i = C,

где С – постоянная, соответствующая условиям проведения эксперимента.

Пределом выносливости материала называют максимальное напряжение, которое может выдержать образец материала при наработке заданного числа циклов.

Как показывает опыт, кривые усталости имеют два характерных участка: левый наклонный и правый горизонтальный (рис. 1.4). Абсциссу точки перелома N_lim (N_G) кривой усталости называют базовым числом циклов, а соответствующий ему предел выносливости – пределом длительной выносливости (или базовым) s_limb (s_R). Например, для образцов черных металлов N_lim = 10⁷, для цветных сплавов N_lim = (5…10) 10⁷.

Рис. 1.4

При N < N_lim имеет место предел ограниченной выносливости s_lim (s_RN).

Как видно из рис. 1.4, чем выше напряжение s, тем раньше начнется усталостное разрушение.

Связь между пределами выносливости по уравнению Велера:

s_lim^qN = s_limb^q N_lim, откуда s_lim = s_limbK_L,

где K_L = (N_lim / N)^{1/ q} называют коэффициентом долговечности.

При N ³ N_lim принимают K_L = 1.

Показатель степени q зависит от материала, термообработки, вида напряжений, влияния условий эксперимента и т.д. Он колеблется от 4 до 20, и его значения рекомендуются в каждом конкретном случае расчета детали (узла).

Пределы выносливости материалов (кривые усталости) определяют на стандартных испытательных образцах. Образец – это гладкий цилиндрический стержень малого диаметра (например, 10 мм) со свободной полированной поверхностью без упрочнения и термообработки. Нет нужды доказывать, что реальные детали отличаются от образцов формой, наличием на поверхностях посадок и других концентраторов напряжений (резьба, пазы, шлицы, галтели и др.), размерами, термообработкой, шероховатостью. Все эти отличия влияют на прочность и обязательно должны учитываться при расчетах.

В общем случае предел выносливости детали при асимметричном цикле нагружения:

s_limD = 2s_-1 / [(1 – R) K_sD / K_Ls + y_sD(1 + R)], (1.2)

(t_limD – то же с заменой символов s на t),

где s_-1 – предел длительной выносливости образца при симметричном цикле нагружения, МПа; R – коэффициент асимметрии цикла; K_sD = (K_s /K_ds +1/K_Fs – – 1) / K_V – коэффициент снижения предела выносливости при переходе от образца к реальной детали. Здесь K_s – эффективный коэффициент концентрации напряжений; K_ds – коэффициент влияния размеров детали; K_Fs – коэффициент влияния качества (шероховатости) поверхности; K_V – коэффициент влияния поверхностного упрочнения (термообработки); y_sD – коэффициент влияния асимметрии цикла напряжений; K_Ls = (N_limD / N_E)^{1/ q} – коэффициент долговечности детали (узла). Здесь N_limD – базовое число циклов детали; N_Е – эквивалентное число циклов изменения напряжений:

N_E = S [(s_i / s_max)^qN_i], (1.3)

где s_max – напряжение от длительно действующей максимальной нагрузки переменного режима; s_i и N_i – постоянное напряжение и соответствующее ему число циклов i-го постоянного блока циклограммы нагружения.

Коэффициенты в формуле (1.2) выбираются по справочникам.

1.4 Коэффициенты безопасности

Коэффициенты безопасности определяют по напряжениям s и t:

S_s = s_пред / s_max ³ [S_s]; S_t = t_пред / t_max ³ [S_t],

где при постоянных напряжениях предельными s_пред (t_пред) являются предел текучести s_Т (t_Т) – для пластичных материалов и временное сопротивление s_В (t_В) – для хрупких материалов; при переменных напряжениях предельными являются пределы выносливости деталей s_limD, t_limD.

При совместном действии напряжений s и t находят общий коэффициент безопасности: S = S_sS_t / (S_s² + S_t²)^1/2 ³ [S], где при постоянных напряжениях [S_Т] = 1,3…2 – по пределу текучести s_Т; [S_В] = 2…2,4 – по пределу прочности s_В; при переменных напряжениях [S] = 1,5…2,5 – для пластичных и [S] =

= 2,5…4 – для хрупких материалов.

2. Резьбовые соединения

2.1 Основные виды крепежных изделий

Резьба – это образование на поверхности детали выступов и впадин, идущих по винтовой линии. Резьбовое соединение имеет две детали: с наружной резьбой (винт) и с внутренней резьбой (гайка). Все резьбы стандартизованы.

Для соединения деталей применяют болты (винт с гайкой, рис. 2.1, а), винты (рис. 2.1, б) – вместо гайки резьба в одной из скрепляемых деталей и шпильки (рис. 2.1, в) – стержень с двумя нарезанными концами (синтез болта с гайкой и винта: ввинчивание по плотной посадке в деталь).

Соединения винтами – самые прогрессирующие, особенно при отсутствии в узлах мест под гайки и при высоких требованиях к их массе и внешнему виду.