ZMĘCZENIÓWKA
Wykres Wöhlera
Zk- obszar wytrzymałości zmęczeniowej przy małej ilości cykli
Zo- obszar wytrzymałości zm. przy ograniczonej ilości cykli
Zz- obszar wytrzymałości zm. przy nieograniczonej ilości cykli
Sposoby obliczenia współczynnika w poszczególnych obszarach:
1.Nc<104-obszar obciążeń statycznych d=Re/smax
2.104<Nc<107 – obszar wytrzymałości ograniczonej dz=Zo/smax (Zo-wyznaczone doświadczalnie lub obliczone Zo=Zg(107/Nc)^V)
3.Nc>107 – obszar wytrzymałości nieograniczonej d=Zg/smax
Liczba całkowita cykli
Nc=n(1/min)*60*h(ilość godzin)*z(liczba zmian)*D(dni)*l(lat)
sm=(smax+smin)/2- naprężenie średnie
sa=(smax-smin)/2- amplituda naprężeń
R=smin/smax –współczynnik asymetrii cyklu
Kappa=sm/sa- współczynnik stałości obciążenia
Wykres Haigha
Wykres Smitha
Aby narysować wykres potrzeba Re, Zo,Zj.
Jeżeli przy wzroście obciążenia stosunek amplitudy sa do naprężenia średniego sm będzie stały to wartość wytrzymałości zmęczeniowej określa punkt k1
sa/sm=const, x2=z1/smax=E*k1/CD
Jeśli przy wzroście obciążeń naprężenie średnie cyklu pozostaje stałe to wytrzymałość zmęczeniowa odpowiadająca punktowi D określona jest punktem k2, współczynnik bezpieczeństwa
sm=const x2=Z2/sz=Ck2/CD
D-punkt pracy.
CZYNNIKI WPŁYWAIĄCE NA WYTRZ. ZMĘCZENIOWĄ
Pod pojęciem KARBU należy rozumieć wszelkie nieciągłości poprzecznych przekrojów przedmiotu lub zmiany krzywizn powierzchni ograniczających przedmiot (rowki, otwory, gwinty)
Rozkład naprężeń w obszarze karbu zależy od geometrii karbu, związanej z wymiarami przedmiotu. Charakterystykę zmęczeniową karbu ujmujemy w tzw. współczynniku kształtu ak . Wartość współczynnika ak zależy od: stosunku promienia krzywizny dna karbu r do promienia lub połowy szerokości przekroju r w elementach płaskich w płaszczyźnie karbu, oraz od stosunku promienia połowy szerokości elementu R w miejscu nie osłabionym karbem do promienia r.
bk- współczynnik działania karbu- stosunek wytrzymałości próbek gładkich bez karbu do wytrzymałości próbek gładkich z karbem. bk- zależy od współczynnika kształtu i współczynnika wrażliwości materiału na działanie karbu.
bk=1+hk(ak-1) gdzie hk- współczynnik wrażliwości materiału na działanie karbu (jest zależny od Rm, ro) =1 dla materiałów doskonale sprężystych „szkło” =0 dla materiałów niewrażliwych na działanie karbu „żeliwo szare”.
Współczynnik bp charakteryzuje zmianę wytrzymałości elementów po różnej obróbce skrawaniem w porównaniu z próbką polerowaną. Do obliczeń elementów z karbem o znanym bk posługujemy się zależnością b=bk+bp-1 (w przypadku karbów prostych bp pomijamy, dla żeliwa po usunięciu naskórku odlewniczego przyjmujemy bp=1)
bpz- dla powierzchni ulepszanych b=bk*bpz
Współczynnik wielkości elementu e=zd/z, zd- wytrzymałość zmęczeniowa próbki o średnicy d, z- wytrzymałość zmęczeniowa próbki o średnicy od 7 do 10mm (g=1/e).
d-rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa
d<1 nie występuje
d=1.3-1.4 –ścisłe obliczenia na podstawie dokładnych danych doświadczalnych
d=1.4-1.7 - dla zwykłej dokładności obliczeń, bez doświadczalnego sprawdzenia obliczeń
d=1.7- 2 – dla zmniejszonej dokładności obliczeń, przy możliwości określenia naprężeń i obciążeń
d=2-3 – przy orientacyjnym określaniu obciążeń i naprężeń dla niepewnych lub specjalnie ciężkich warunków pracy (odlewy)
OBLICZENIA ZMĘCZENIOWE PRZY OBCIĄŻENIACH ZŁOŻONYCH
Przy jednoczesnym występowaniu naprężeń różnego rodzaju naprężenia te składamy przy zastosowaniu odpowiedniej hipotezy wytężeniowej. Naprężenia zastępcze dla obciążeń niesymetrycznych (wahadłowych) obliczamy tak samo jak dla obciążeń stałych. Przy przewadze naprężeń normalnych sz=(s2+(ks*t/kt)2)^(1/2). Przy przewadze naprężeń stycznych sz=((kt*s/ks)2+t2)^(1/2). Rozwiązując te zależności można dowieść, że rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa jest równy dz=1/(1/ds2+1/dt2)1/2
ds,dt-składowe rzeczywistego współczynnika bezpieczeństwa obliczane tak jakby działało tylko zmienne naprężenie normalne lub styczne.
Jeśli jest przenoszony moment skręcający to taką część nazywamy wałem, jeśli nie to osią. Części wałów osi na których są osadzone współpracujące z nimi elementy nazywamy czopami.
ETAPY PROJEKTOWANIA WAŁÓW:
1.Projektowanie wstępne polegające na ukształtowaniu wału na podstawie uproszczonych obliczeń wytrzymałościowych i zadanych dyspozycji wymiarowych
2.Obliczenia sprawdzające- sztywności(kąta ugięcia i strzałki), obliczenia dynamiczne (prędkości krytycznej ii drgania rezonansowe), obliczenia zmęczeniowe (rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa)
3.Ostateczne kształtowanie wału.
1.St3-St5 wtedy gdy o kształcie wału decyduje sztywność
2.35-45 gdy wał przenosi duże obciążenie w szczególności 45 gdy wskazanej jest powierzchniowe utwardzenie czopów
3.dla wałów uzębionych materiał taki jak dla kół zębatych (stale CrNi do ulepszania cieplnego, nawęglania i azotowania)
Kształtowanie powierzchni swobodnych przeprowadzamy po ukształtowaniu powierzchni roboczych, czyli czopów-należy uwzględnić aby d1/d2 <=1,2 , natomiast czopy należy kształtować według zaleceń normy.
Gładkość powierzchni
1.czopów końcowych :Rz=2,5-0,32mm
2.powieszchni swobodnych : wały wolno obrotowe i średnio bieżne (Rz=10-5mm), wysokoobrotowe ( Rz=2,5mm)
Tolerancje – powierzchnie swobodne wykonujemy w tolerancji warsztatowej IT14 (h14) przy dużych obrotach IT12 do IT10
Uwzględnianie wpustu:
1.Jeżeli obciążenie jest w przybliżeniu statyczne wystarczy, by moment bezwładności przekroju z rowkiem był nie mniejszy od momentu bezwładności zarysu teoretycznego.
2.Gdy wał pracuje w zmiennym cyklu obciążenia przy niewielkim udziale momentu skręcającego moment bezwładności koła wpisanego winien być nie mniejszy niż teoretyczny
3.Gdy występuje duży udział momentu skręcającego moment bezwładności koła współśrodkowego z przekrojem poprzecznym wału, stycznego zewnętrznie do dna rowka pod wpust winien być nie mniejszy od teoretycznej
Sprawdzenia – ugięcie dopuszczalne (Fdop=2-3*10-4 rozstawu łożysk), dopuszczalny kąt skręcenia (jdop=0,002-0,01rad/m)
Dwie ostatnie cyfry oznaczają średnicę otworu wewnętrznego (00-10,01-12,02-15,03-17,04-20,05-25,06-30,07-*5) Cyfry początkowe oznaczają serię łożyska i niekiedy grupę konstrukcyjną (62-kulkowe zwykłe, 72-kulkowe skośne,303-stożkowe.293-baryłkowe wzdłużne)
Materiały- pierścień i części toczne wykonywane są ze specjalnej stali chromowej ŁH 15 lub ŁH 15SG
Dobór łożysk :
1.ograniczenia wymiarowe łożysk
2.wielkości i kierunki obciążenia
3.prędkość obrotowa
4.możliwość ograniczenia błędu współosiowości
5.wymagana dokładność i cichobieżność
6.sztywność ułożyskowania
Nośność spoczynkowa n<10 1/min , jest to takie obciążenie które wywołuje łączne odkształcenie plastyczne równe 0,0001mm elementów tocznych
Trwałość – jest to czas pracy łożyska w milionach obrotów lub godzin
L=(C/P)r c-nośność ruchowa, p- obciążenie ( r=3-łożysko kulkowe, r=10/3-łożysko wałeczkowe)
L10-trwałość umowna osiągana przez 90% łożysk
L=a1*a2*a3*L10
Algorytm doboru łożysk tocznych :
1.ustalenie schematu konstrukcyjnego łożyskowania
2.pokreślenie wartości i kierunków obciążeń i prędkości obrotowej łożysk
3.dla obciążeń zmiennych obliczamy Pn i nn.
4.ustalenie ograniczeń geometrycznych
5.wybór typu łożyska
6.przyjęcie wymaganej trwałości L
7.wyznaczenie stosunku C/P dla odpowiedniego L i typu łożyska
8.obliczenia obciążenia zastępczego P=VxPr+y*Pa
9.obliczenia obciążenia efektywnego Pe=fd*P
10.obliczenia nośności ruchowej C=Pe(C/P)
11.obliczenie efektywnej nośności ruchowej Ce=ft*C
12.obliczenie zastępczego obciążenia spoczynkowego P0=max(P01,P02) P01=X0*Pr0+Y0*P0a P02=Pr0
13. Obliczanie wymaganej nośności spoczynkowej
14.Dobór z katalogu jego nośności oraz wymiarów geometrycznych
15.Sprawdzenie trwałości ściernej łożyska- weryfikacja nośności efektywnej c0=s0*P0 Le=a1*a2*a3*(Ce/Pe)r
16.Dobór środka smarnego.
17. Przyjęcie prasowań w gnieździe i na czopie oraz uszczelek (filc-mała prędkość obrotowa, oringi i simeringi- średnia prędkość obrotowa, uszczelnienia labiryntowe- duża prędkość) .
a1- uwzględnia wymaganą niezawodność łożyska ¹0.9
a2- dokładność wykonania łożyska i gatunek stali
a3- zależy od wartości tarcia, rzeczywistym współczynnikiem grubości elastohydrodynamicznego filmu olejowego
Obliczanie obciążeń zastępczych P=VxPr +Y*Pa
Pr- obciążenie promieniowe
Pa- obciążenie wzdłużne
V- współczynnik obrotów
X-współczynnik obciążenia poprzecznego
Y- współczynnik obciążenia wzdłużnego
Tolerancje (HB, kB) pasowania (HB/h7, H7/kB)
Istotnym zespołem składniowym jest zazębiająca się kara kół zębatych zazębiających się w ten sposób że uzyskane jest
Zarys zęba miejsce geometryczne punkt styku z drugim zębem
Koło podziałowe odpowiada walcom podziałowym dzieli ząb na dwie części powyżej koła podziałowego- głowa zęba i to co poniżej- stopa zęba
Wrąb- przestrzeń pomiędzy zębami jednego koła
Grubość zęba- jest mierzona na średnicy podziałowej
Luz- różnica pomiędzy grubością zęba a podziałką(/2 chyba)
Wysokość zęba-
Luz wierzchołkowy- odległość pomiędzy walcem wierzchołkowym jednego koła a walcem den wrębów drugiego koła c=0.25*m
Wskaźnik wysokości zęba y=ha/m (y=1 zęby zwykłe, y>1 zęby wysokie, y<1 zęby niskie)
Znormalizowane: hf=1.25*m, ha=m
Linia przyporu jest linią wyznaczoną przez kolejne punkty styku.
Odcinek przyporu jest to część lini przyporu ograniczona punktami przecinania się kół na których znajdują się końce czynnych zarysów zęba (koła wierzchołków).
Ewolwenta jest to krzywa powstała przez przetaczanie prostej po okręgu.
Punkt przyporu jest to punkt styku dwóch współpracujących ewolwent.
Centralny punkt przyporu „C” wyznacza przecięcie lini przyporu z linią łączącą środki kół.
...
dawiddd93