Розподіл навантаження в часі та типові режими навантаження елементів машин

Навантаження елементів машини може бути постій­ним у часі або змінюватись у широких межах протягом усього періоду експлуатації машини. Покажемо можливий характер зміни наванта­ження у вигляді графіків, побудованих у системі координат наванта­ження F (або обертовий момент Т) – час t.

На рис. 2.1, а зображений графік постійного навантаження. В мо­мент пуску машини навантаження F спочатку швидко зростає, а по­тім практично залишається постійним протягом значного часу, на­буваючи номінального значення F_НОМ, яке є вихідним для виконання розрахунків на міцність.

Для багатьох машин характерним є змінне навантаження протя­гом усього періоду експлуатації (рис. 2.1, б).

Щоб оцінити інтенсивність такого складного режиму навантаження і зробити кількісне порівняння різних режимів навантаження елементів машини, треба поділити весь строк служби h на окремі періоди роботи, або цикли h_i, протягом яких навантаження F наближено зберігається постійним. Якщо впорядкувати всі цикли роботи машини за зменшенням наванта­ження, то можна здобути циклограму навантаження елементів маши­ни протягом заданого періоду її експлуатації (рис.2.2 а). Тривалість циклу роботи машини з однаковими навантаженнями можна гранично зменшити, що дозволить характеризувати режим навантаження більш точно. У цьому разі матимемо не ступеневий, а плавний характер циклограми навантаження, до того ж її можна побудувати в системі координат навантаження F– число циклів n_ц появи навантаження даного рівня (рис. 2.2, б). Навантаження різ­них рівнів відбувається за сумарне число циклів n_∑ роботи машини. За циклограмою на рис 2.2, б можна стверджувати, що навантажен­ня рівня F_і з'являється п_ці разів протягом усього періоду експлуата­ції машини.

На практиці можна використовувати циклограми навантаження, що побудовані в системі координат відносних величин F_і/F (Т_і/Т) і п_ці/n_∑ Такі циклограми показані на рис.2.2,в. Вони побудовані для різних режимів навантаження елементів машини і дозволяють характеризувати відносну інтенсив­ність цих режимів. Так, режим за графіком 1 є більш інтенсивним, ніж режим навантаження за гра­фіком 2, бо для режиму 1 перева­жають навантаження більш висо­кого рівня.

Побудова циклограми наванта­ження елементів конкретної маши­ни – дуже складний і трудомісткий процес. Для цього треба зареєстру­вати неперервний характер зміни навантаження протягом значного періоду експлуатації машини. Та­ка реєстрація виконується спеці­альною апаратурою із записом на­вантаження на магнітну стрічку або за осцилограмами. Подальша статистична обробка зареєстрованих навантажень дозволяє побудува­ти циклограму навантаження конкретної деталі.

У нашій країні і за кордоном стосовно технологічних і транспорт­них машин, таких як металообробні верстати, автомобілі, трактори, гірничі і підйомно–транспортні машини, екскаватори, сільськогоспо­дарська техніка та ін., проведене вивчення навантажень у функції часу і накопичена деяка узагальнена інформація про діючі наванта­ження. Це дало можливість дістати типові режими навантаження машин за відомими із курсу теорії ймовірностей законами розподілу випадкових величин.

На рис. 2.3 наведені графіки типових режимів навантаження ма­шин, що побудовані в системі відносних координат F_і/F і п_ці/n_∑. Тут взято такі позначення: П – постійний режим навантаження; В – важкий режим; СР – середній рівноймовірний режим; СН – середній нормальний режим, Л – легкий режим навантаження.

Рис. 2.3. Графіки типових режимів на­вантаження елементів машин

Для важкого режиму характерний високий рівень навантаження протягом значного періоду експлуатації машини, а для легкого ре­жиму – низький рівень навантаження протягом цього ж періоду.

Гірничі машини здебільшого експлуатуються при важкому режи­мі навантаження, а транспортні – при середньому рівноймовірному або середньому нормальному. Для металообробних верстатів харак­терним є легкий режим навантаження. Різні види підйомно–транспорт­ного обладнання можуть працювати на режимах навантаження від легкого до важкого.

Постійний режим є найнапруженішим, бо машина протягом прак­тично всього періоду її експлуатації знаходиться під дією постійного номінального навантаження. За постійний режим навантаження можна брати такий режим, за яким навантаження елементів змінюється у межах до 20 % від номінального F_ном. На практиці постійний ре­жим навантаження зустрічається значно рідше, ніж інші.

При побудові графіків типових режимів навантаження F є макси­мальним, довгочасно діючим. Довгочасно діючими навантаженнями називають такі наванта–ження із їхнього загального спектра, сумарне число появи яких n_ц ≥ 5∙10⁴. Максимальні навантаження F_mах. для яких число появи за час експлуатації машини п_ц < 5∙10⁴, вважають короткочасно діючими і при розрахунку деталей на втому до уваги не беруть. За цими навантаженнями виконують розрахунки деталей на статичну міцність.

Відповідність режиму навантаження тієї чи іншої машини або де­талі одному з типових режимів на рис.2.3 встановлюється за подіб­ністю форми графіків і за середнім значенням навантаження. За роз­рахунковий треба брати типовий режим, який найбільш близький до фактичного в області навантажень високого рівня.