/
Текст
МИНИСТЕРСТВО СТАНКОСТРОИТЕЛЬНОЙ
И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ГЛАВНОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИИ
ПО МАШИНОСТРОЕНИЮ
(НИИМАШ)
СЕРИЯ С-IV
УДК 621.01 :[539.4.001.2+539.319J
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМЫХ
НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ РАСЧЕТАХ
НА ПРОЧНОСТЬ
МОСКВА 1974
Канд. техн, наук А, И. ГОРСКИИ, <инж. Е. Б. ИВАНОВ-ЭМИН,
ин ж. А. И. КОРЕНОВСКИИ
ВНИИЛИТМАШ
Настоящая работа содержит анализ современных методов опре-
деления допускаемых напряжений, применяемых при выполнении рас-
четов на прочность в машиностроении, методику определения допус-
каемых напряжений и таблицы механических характеристик и чис-
ленных значений допускаемых напряжений наиболее употребляемых
в машиностроении марок стали и чугуна. Приводится методика при-
менения допускаемых напряжений при расчетах на прочность. Раз-
работанные допускаемые напряжения предназначены для проведения
проектировочных и проверочных расчетов на прочность нетиповых
деталей машиностроения, выполняемых универсальными методами.
Работа предназначен а для конструкторов-машиностроителей, а
также может быть использована студентами, аспирантами, препода
вателями машиностроительных вузов.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМЫХ НАПРЯЖЕНИИ
Наиболее применяемым в настоящее время методом оценки
прочности нагруженных деталей машин и механизмов является
сравнение максимальных напряжений, полученных расчетом для
опасного сечения детали, с допускаемыми напряжениями, опреде-
ленными для материала, из которого деталь изготовлена. Поэтому
в качестве условия прочности принимают неравенства:
ИЛИ , (1)
где отах, ттах— максимальные нормальное и касательное напря-
жения в опасном сечении детали, полученные
расчетом;
[a], W — допускаемые напряжения.
Удовлетворение условий прочности (1) проектируемых деталей
машин и механизмов зависит как от точности расчетного определе-
ния максимальных напряжений, действующих в опасном сечении
детали, так и от правильности назначения величин соответствую-
щих допускаемых напряжений.
Выбор допускаемых напряжений является самым ответственным
моментом при проведении прочностных расчетов, так как от вели-
чины принятого допускаемого напряжения зависят не только проч-
ность детали и надежность работы машины, но также вес, размеры
и затраты на ее изготовление.
Существующие методы выбора допускаемых напряжений под-
разделяются на специализированные и универсальные.
В специальных случаях значения допускаемых напряжений или
соответствующих им запасов прочности строго регламентируются,
при этом должна быть оговорена и методика их определения. На-
пример, для отдельных деталей грузоподъемных машин (канаты,
крюки, тормоза и т. п.) или элементов сосудов, работающих под
давлением (стенки, крышки, днища и др.), разрушение которых
особенно опасно, допускаемые напряжения или запасы прочности
определяются по обязательным нормам Госгортехнадзора (1, 2]. В
других случаях, когда для деталей определенного типа (зубчатых
и червячных колес, ременных и цепных передач, деталей резьбовых
соединений и др.) разработаны специальные методы расчета, они
3
включают также и методы определения допускаемых напряжений,
подлежащих применению только при расчетах деталей данного
типа. Допускаемые напряжения, соответствующие принятым мето-
дам расчета, относящимся к указанным случаям, опубликованы в
монографиях и справочниках ((3, 4, 5, 6, 7] и др.).
Однако во многих случаях при проведении прочностного расчета
деталей машин конструктор не располагает узаконенными норма-
ми и вынужден устанавливать значения допускаемых напряжений
самостоятельно, пользуясь универсальными методами. При этом
прочностные расчеты можно разбить на две группы: высокоответ-
ственные и обычные проектировочные или проверочные расчеты.
Степень ответственности расчета зависит от назначения детали, от
класса аварии, которую может вызвать поломка рассчитываемой
детали, и т. п.
Для расчетов повышенной ответственности допускаемые напря-
жения материала детали необходимо определять уточненными ме-
тодами. В ряде случаев для определения допускаемых напряжений
ставят специальный эксперимент по исследованию прочности высо-
конагруженных деталей при различных режимах работы. Большую
помощь конструкторам машины оказывают правильно сделанные
анализы аварий деталей данного типа в условиях эксплуатации.
Следует, однако, иметь в виду, что, как показала практика
проектирования, объем высокоответственных расчетов в общем ма-
шиностроении составляет не более 5—10% от общего числа прово-
димых конструкторами прочностных расчетов. В подавляющем
большинстве случаев конструктор в процессе проектирования про-
водит обычные расчеты первоначальных эскизов детали, призван-
ные дать ориентировочное суждение о ее прочности. При таких
расчетах обычно не представляется возможным определять допус-
каемые напряжения экспериментально, да в этом и нет необходи-
мости, так как для их предварительного расчета разработаны уни-
версальные методы.
К числу таких методов относятся дифференциальный и таб-
личный.
По дифференциальному методу, предложенному проф.
И. А. Одингом (8], запас прочности, по которому рассчитывается
допускаемое напряжение, определяется как произведение целого
ряда частных коэффициентов, величины которых должны диффе-
ренцированно отражать назначение детали, условия ее работы, тех-
нологию изготовления, точность применяемых методов расчета и
принятых расчетных схем, правильность учета действующих на де-
таль нагрузок и достоверность данных о характере их приложения,
степень однородности применяемого материала, изученность его
свойств и другие факторы.
Перечисленные выше факторы не исчерпывают всего многообра-
зия обстоятельств, подлежащих учету, и поэтому метод дает ре-
зультаты, весьма приближенные. Стремление наиболее дифферен-
цированно охватить факторы, влияющие на величину коэффициен-
та запаса прочности, все более усложняет дифференциальный метод
и делает его громоздким. В связи с этим, особенно при сокращен-
ных сроках проектирования, дифференциальный метод, как пока-
зывает практика, применяется конструкторами редко.
Наиболее удобный метод определения допускаемых напряже-
ний — табличный. г
С целью упрощения выбора значений допускаемых напряжений
авторами были разработаны таблицы допускаемых напряжений
наиболее употребляемых марок сталей и чугунов [9], предназначен-
ные для использования при проектировочных и проверочных расче-
тах нетиповых деталей машиностроения, для которых не разрабо-
таны специализированные методы расчета и соответствующие им
допускаемые напряжения.
В работе (10] номенклатура марок стали и чугуна была значи-
тельно расширена. Численные значения допускаемых напряжений
скорректированы с учетом рекомендаций дифференциального ме-
тода и передового опыта расчетной работы ряда ведущих заводов
и конструкторских бюро. Дополнительно разработаны допускаемые
напряжения для стальных отливок.
Таблицы допускаемых напряжений [10], дополненные данными
о механических характеристиках рассмотренных марок стали и чу-
гуна, приведены также в монографии (И] и частично вошли в спра-
вочную литературу [12, 13, 14].
Многолетний опыт использования в инженерной практике ука-
занных таблиц допускаемых напряжений показал их пригодность
для проведения проектировочных и проверочных прочностных рас-
четов. Однако в связи с появлением новых уточненных данных о
механических характеристиках ряда марок стали и чугуна, особен-
но данных по усталостной прочности, в связи с появлением новых
марочников и ГОСТов, выявилась необходимость в дальнейшем
уточнении табличных значений допускаемых напряжений.
При переработке таблиц значения допускаемых напряжений
рассчитывались на основе коэффициентов запаса, достаточных для
случаев, когда не удается точно учесть величину действующих сил,
применить точные расчетную схему и расчетные формулы, строго
учесть характер режима работы детали, уровень технологии ее из-
готовления, однородность материала и т. п., т. е. для обычных
условий, имеющих место при проведении на стадии проектирования
большинства приближенных прочностных расчетов. В то же время,
принятые запасы прочности не занижают допускаемых напряжений,
что не приводит к чрезмерному утяжелению конструкции, увеличе-
нию ее габаритов и перерасходу металла.
По сравнению с таблицами допускаемых напряжений, издан-
ными ранее [9, 10, 11], в настоящих таблицах номенклатура марок
стали и чугуна расширена за счет включения ряда новых марок
конструкционной стали и чугуна, применяемых в настоящее время
в соответствии с «Марочниками стали для машиностроения» [15,
16], государственными стандартами [17—25] и руководящим мате-
риалом ЭНИМСа [26]. Одновременно из прежних таблиц допус-
каемых напряжений исключены некоторые неупотребительные мар-
4
5
ки стали и чугуна, замененные на новые. Все значения допускае-
мых напряжений пересчитаны. Кроме этого, в работе приведены
краткие сведения о назначении тех марок стали и чугуна, для кото-
рых в таблицах даны механические свойства и допускаемые на-
пряжения.
Для марок стали и чугуна, не вошедших в таблицы, допускае-
мые напряжения могут быть рассчитаны по той же методике, ко-
торая положена в основу расчета настоящих таблиц.
Разработанные таблицы' предназначены для применения при
расчетах, выполняемых по приближенной расчетной схеме с уче-
том только основных нагрузок; для более точных расчетов с учетом
также и дополнительных нагрузок (например, динамических) таб-
личные значения допускаемых напряжений можно увеличить на
20—30%.
ПРОКАТ И ПОКОВКИ ИЗ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
Для удобства пользования таблицами допускаемые напряжения
разработаны отдельно для углеродистых конструкционных сталей
обыкновенного качества (табл. 1), для углеродистых качественных
конструкционных сталей (табл. 2) и для легированных конструк-
ционных сталей (табл. 3). Значения допускаемых напряжений рас-
считаны исходя из соответствующих механических характеристик,
также приведенных в таблицах. При указании вида термической
обработки материала в таблице приняты следующие условные обо-
значения: О — отжиг; Н — нормализация; У — улучшение; Ц —
цементация; НЦ — нитроцементация; ЦН — цианирование; ТВЧ —
закалка с нагревом т. в. ч.; В — закалка с охлаждением в воде;
М — закалка с охлаждением в масле. Твердость после термичес-
кой обработки (среднее значение твердости HRC) указывается
цифрами после обозначения вида термической обработки.
В табл. 1—3 приведены пределы прочности ов и текучести от
при растяжении, пределы выносливости при. растяжении o-iP, из-
гибе о_] и кручении т-1, принятые по [15—23]. В тех случаях, когда
необходимые данные о пределах выносливости конструкционных
сталей отсутствовали, они были определены на основании прибли-
женных эмпирических зависимостей, пригодных для случаев нагру-
жения с симметрическим циклом (4, 5, 27, 28, 29].
Для углеродистых сталей:
при изгибе s-x = (0,40 4- 0,46)зв ;
при растяжении или сжатии а_1р=(0,7-г-0,9)а_1;
при кручении т_1=(0,55-н0,65)з_1.
Для легированных сталей:
при изгибе о_х=(0,45-5-0,55)зв;
при растяжении или сжатии а_1р=(0,7ч-0,9)а_1;
при кручении "-!=(0,5-5-0,65)а_х.
Для стального литья:
при изгибе <3-!=(0,35-6-0,45)зв;
при растяжении или сжатии
а_1р=(0,65ч-0,75)з_1;
при кручении
т_1=(0,55-6-0,65)3_j.
Расчеты допускаемых напряжений произведены по нижним значе-
ниям Ов, От, o-ip, о-1 и t-ь Для этого все виды нагрузок разбиты
на три категории: I — статические нагрузки; II — пульсирующие
нагрузки, изменяющиеся от нуля до максимума; III — знакопере-
менные симметричные нагрузки, изменяющиеся от некоторой поло-
жительной до такой же отрицательной величины.
Расчеты на нагрузки I категории встречаются в машинострое-
нии сравнительно редко. Преобладают расчеты на нагрузки II ка-
тегории, когда расчетные усилия являются односторонними и пе-
риодически то прикладываются, то снимаются, или же на нагрузки
III категории — знакопеременные. При этом, если цикл нагруже-
ния несимметричен, то допускаемые напряжения выбираются из
таблиц линейной интерполяцией между напряжениями для нагру-
зок II и III категорий.
Допускаемые напряжения при растяжении для нагрузок I ка-
тегории получены делением соответствующих пределов текучести
на запас прочности ni.
Используя дифференциальный метод выбора допускаемых на-
пряжений [3, 27, 29], можно представить запас прочности nj как
произведение трех частных коэффициентов:
(2)
Коэффициент П] учитывает разницу между величинами нагру-
зок и напряжений, вводимыми в расчет, и действительными вели-
чинами нагрузок и напряжений. Разница связана с несовершенст-
вом принятой расчетной схемы и применяемых методов расчета.
В случаях, когда действительные нагрузки, усилия или напряжения
не могут быть определены достаточно точно расчетом, величину п\
рекомендуется принимать в пределах 1,2—1,5. При высокой досто-
верности расчетных нагрузок и напряжений в отдельных случаях
7
6
00
Таблица 1
Марка стали (ГОСТ 80-71) Механические свойства, кгс/мм%
Предел прочности при растяжении Предел текучести при растяжении Предел выносливости
при растяже- нии а—1р при изгибе а-1 при кручении х-1
Ст. 2 Ст. 2 кп 33 22 12,5 15,5 9,5
Ст. 3 Ст. 3 кп 37 24 13,5 17 10
Ст. 4 Ст. 4 кп 41 26 15 19 11,5
Ст. 5 пс Ст. 5 сп 50 29 18 22,5 13,5
Ст. 6 пс Ст. 6 сп 60 32 22 27 16
1150
1250
1400
1650
1950
Механические характеристики и допускаемые напряжения для углеродистых
конструкционных сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии
II
III
800
900
950
1150
1400
600
700
750
Допускаемые напряжения, кгс[см>
при растяжении
l’]p
при изгибе [а]и при кручении Мкр при срезе при смятии Мем
Категория нагрузок
П
III
II
III
1
II
I
III
II
1400
1500
1700
900
1100
1000
1100
1200
800
850
950
2000
2300
1400
1700
1100
1350
850
950
1050
1250
1450
650
650
750
900
1050
500
500
600
700
800
700
750
850
1000
1150
500
500
650
650
850
400
400
500
550
650
1750
1900
2100
2500
2900
1200
1350
1450
1750
2100
Таблица 2
Механические характеристики и допускаемые напряжения углеродистых качественных конструкционных сталей
Марка стали (ГОСТ 1050-60) Термооб- работка Механические свойства, кгс!ммг Допускаемые напряжения, кг с/см*
Предел прочности при растяжении "в Предел текучести при растяжении <*т Предел выносливости при растяже- нии [а]р при изгибе (о]и при кручении МКр при срезе [т]ср при смя- тин Мсм
при растяже- нии <У—1р при изгибе <*-1 при кручении
Категория нагрузок
I II ill I П III I II Ш I II III I II
08 кп Н 30 18 11 13,5 8 1000 700 550 1200 900 700 750 500 400 550 400 300 1500 1050
Ц-В45 35 21 12,5 15,5 9,5 1150 800 600 1400 1000 800 850 650 500 650 500 400 1700 1200
08 н 33 20 12 15 9 1100 800 600 1300 950 750 800 600 450 600 450 350 1650 1200
Ю кп н 32 19 11,5 14,5 8,5 1050 750 600 1250 900 700 800 550 400 600 400 300 1550 1100
Ю н 34 21 12,5 15,5 9,5 1100 800 600 1450 1000 750 800 600 450 650 450 350 1650 1200
Ц-В59 40 25 14,5 18 11 1300 900 700 1550 1150 900 1000 650 550 700 500 400 1950 1350
15 кп Н 36 21 13 16 9,5 1200 850 650 1450 1050 800 900 650 500 650 450 350 1800 1250
•15 Н 38 23 13,5 17 10 1250 850 650 1500 1100 850 950 650 500 750 500 400 1850 1250
Ц-В59 45 25 16 20 12 1450 500 800 1750 1250 1000 1100 800 600 850 600 450 2Г00 750
II
1 М45 ч X из 2 1 В45 I ио 1 н | ио 1 У | 90 I 1 1 i 1 ТВ456 | из 1 00 | B42 | Термооб- работка
| 150 8 СЛ оо to 8 2 | 60 8 1 55 “ 1 1 1 2 сл 120 | 90—120| Предел прочности при растяжении %
| 125 | 53 | 70 | 32,5 to СЛ 05 00 О | 40 | 23,5 сл с© оо сл 00 ю to | 56 | 24,5 | 32 | 20 | 25 I 15 |1800|1300 | 42 | 20,5 | 25,5 | 15 |195о| 1300| 1000 28 | 16,5 | 20,5 | 12,5 ||500|1000| 800 70 | 32,5 | 40,5 | 24,5 |з000|2100|1600‘зб00|2600 38 | 23 | 29 | 17,5 |2Юо|14Оо|1150 45 | 27 | 34 | 20,5 |24Оо| 17Оо| 1350 95 | 43 | 54 I 32,5 70 | 32,5 | 40,5 | 24,5 Предел текучести при растяжении °.
при растяже- нии Предел выносливости
| 67 | 40 |5000|3500 1 40,5 GO 00 ю to То” о о «Б 8 I 29,5 | 17,5 12100|1500|1150|26(Х)|1850; 1450|160р|1100 оо оо to оо То” 00 8_ S о о _ to о То" о 8 8 | 30,5 | 18 |2300|160С при изгибе 0-1
to СЛ ' 00 1 to S о to о to” 8 СЛ о при кручении '-1
1 00 8 0 Категория нагрузок при растяже- нии [а]р
to 00 0 0 to 8
to 0 0 0 8 •-<
to f 8" s 8 о "oo 1 8 s to 1 сБ 8 oo 1 to 1 to 1 to 00 8 Q> 8 8 О to c© о о to 8 О о 8 О 00 о о сл S оо 00 S to сл о о Й о to СП S 8 о сл 8 оо оо 8 to 8 «Б 8 to о о сл 8 О о_ to о о сл о 8 О Ей 8 1 1200|2700|1950|1500|1700 о g
l|2100| 1600| 1250| 1350 to 00 о о i оо о о g о to сл 8 оо сл о to с© 8 £ 0 0 00 8 »-* при изгибе Ми
to 0 0 [оой| to 8 НН
|1250|1450 |1ооо| 1100 |2000|2300 g 0 0 to 0 0 to 0 8 им
о о 00 сл о 00 0 0 0 to 00 8 - при кручений [х]кр
to 8 1 | 950 |1000| 750 009 |008 | оо о о to 8 |ноо| 850 оо о о to 8 5> 8 -
to о о о GO §_ to о о 8 О о 8 & о о о 8 О сл о 00 § СЛ о 8 оо 8 to о о СЛ о о 8 I to 8 S3
О о 8 СЛ о 006 |< 8 0 to g Сл О to 0 0 8 0 *- при срезе Мер
to 8 I 8 СЛ to 8 00I£|00St-|0S6 |0S5I| 8 О 8 О _g_ <© о о 8 to 8 с© сл О оо СЛ О 8 о |1000| 750 оо 8 8 to о о «Б 8 800! 600|2900| 1900 650| 500|2200jl600 to g 8 0 1 о сл о 8 to СЛ 0
8 о_ оо о о 00 8 c© сл 0 —
00 8 О to о о о о о to i 8 о о_ to 8 to S to с© 8 00 § to 8 2 О о to 8 8 03 о о 1 1 & 8 — при смя- тии [0]см
00 8 1 to to 8 to to 8 00 8 s
^3
о
О
СЛ G
М35 1 х В35 I 1
06 | 1 75 2 I 100 70 58
— — — — — •
65 45 36 65 j 40 | 2
оо to to to 00 to to
to 0 СЛ
5 | 40 со 1 27 1 31 —
сл * 0
5 1 24, 1 20, 5 1 16, | 27 сл <Б сл
СЛ сл Сл сл
ТТ | То” to” 00 to
о 1 0 00 c©
о 1 о Q О 0 0
о о 1 О О 0 0
to
*'ч4 OO 0 00
8 8 8 О О J. 0 0
мМ и
8 О 00 сл о о о 00 8 250 050
оо to to to to
§ с© о о 0 0 000 700 300
1
to to —и to to
1. 0 750 900 000 650
to •мм»
0 00 to СЛ 00
8. 0 0 сл о 0 0 СЛ 0 0 0
to to •ММ»
00 оо сл СЛ •*sj
8_ сл о 00 00 0 0 0 0
- MM
g> 0 00 о о |oso 750| to 8 ooo|
to 0 0 о 8 008 osei |0S6 750|
to
00 to 0 им
СЛ о сл о g oo| 0 0 СЛ О
to сл о сл 8 0 >001 | 80
о о 0 0 0 , о
с© сл о 800 650 OOH 00 8 009
Сл 8 00 0 50 2 to 00
с о 8. 00 oo| 8 |00
оо to to to to
с с § 100 i 8
01
а 8 8 8 20 кп | Марка стали (ГОСТ 1050-60)
В35 Ц-В58 | ас 1 Ц-В59 ас ас Термообра- ботка
| 100 | 65 | 36 I | 65 | 38 | 23 | 54 | 32 | 19 | 60 I 35 1 21,5 1 50 | 30 I 18 | 55 | 35 | 20 ! 46 | 28 | 17 | | 50 | 30 | 18 | 42 | 25 | 15 | 19 | 11,5 |1400|115о| 95о| 1700| 1200| 95р|1О5о| 7Оо| 55о| 85о| 60р| 450|210р|1750 | 39 | 23 | Предел прочности при растяжении °в Предел текучести при растяжении ат 1 Механические свойства,
£ при растяже- нии <Т_~1р 1 Предел выносливости
1 45 1 29 | 17,5 |2100| 1500| 115р|2600| 185р| 145о| 16Оо| 11 оо| 85р| 1 ЗОР, 9Оо| 700|5200|2200 24 | 14,5 |l800|1250| 95о|2Юо| 155о| 1200| 135о| 900| 7Оо|1Юо| 75о| 55о|27Ро| 1900 27 | 16 1200р| 14ро| 1050|240р| 175о| 1350| 15Оо|1Р5о| 8Оо|12Ро| 85р| 650|3000|2100 I 22,5 | N3 СЛ сл оо о о оо о о о о о ю о о о о о ьо сл о оо сл о с© сл о сл о о о оо 8 О 8 ьо о о о 8 21 | 12,5 |1500|1100| 850|1800|1300|1050|1100 800| 6Оо| 9Оо| 65о| 500|2200| 1650 ( 22,5 | । 17,5 | при изгибе
27 1ЗЗОо|23Оо| 1800|40001290012200|25001165о| 1350|2000 1400j 1100|5000|3500 13,5 11650|l 150| 900|2000|1400|1100|1250| 90р| 700|1000| 65р| 550|2400|1750 13,5 |1650|1150| 900|2000|1400| 1 Юо|125о| 75о| 550|1000| 600| 45о|24Оо| 1750 10,5 |1300| 95о| 750|1550|1100| 850|1000| 65о| 500| 8Оо| 55о| 4Оо| 195о| 1400 при кручении 1
II I III II I III II I III II I III II I 1 Категория нагрузок при растяже- при изгибе при кручении при срече при смя- НИИ [О]р [а]и [ ]кр [']ср тии[П]см Допускаемые напряжения, кгс!смг
Продолжение
Механические характеристики идопускаемые напряжения
Марка стали ГОСТ, ТУ или источник Гермообработка Механические свойства, кгс/мм1
Предел прочности при растя-; женин ав Предел текучести ’при растя- жении <ут Предел выносливости
при растя же- | НИИ <7—1р 1 при изгибе | Iе-' ; | при кручении i *-1
09Г2 5058—65 — 45 30 1 18 I 22,5 1 1з !
10Г2 I 4543-71 Н 1 43 | 25 | ! 17,5 | 22 | 12,5
О9Г2С 1 5058-65 — 1 50 | 35 1 19 1 24 1 14
10Г2С1 | 5058—65 | — 1 52 | 38 1 20 | 25 1 14,5
16ГС 1 5058—65 1 — 50 | 33 20 25 | 14,5
25ГС ТУ нкмз 1709 и 1764 н 50 28 20 25 | 14,5
14ХГС 5058—65 — | 50 35 | 20 25 | 14,5 |
1ОХСНД 5058—65 — 1 54 | 40 1 21,5 27 | 15,5 !
20Х 4543—71 н | 60 1 30 1 21 | 26 | 15
У i 70 | 50 28 | 35 1 20
М59 | 85 | 63 34 | 42 1 24
40Х 4513-71 Н I 63 | 33 | 25 1 31 1 18
У 80 I 65 1 32 | 40 1 23
мзо ПО | 90 | 44 | 55 1 32 ,
М48 | 130 1 ПО | 52 I 65 I 38
45Х 4543—71 II I 65 1 35 | 26 | 32 | 18,5 ।
У | 95 1 75 | 38к 1 47 1 27 :
M4S | 140 120 1 56 | 70 1 40 '
50Х 4543—71 II 1 65 35 | 26 32,5 1 18,5 i
М48 | 150 130 | 60 75 1 43
35ХРА [15] 1 М31 1 95 80 1 38 47,5 I 27,5
35Г2 4543—71 н I 63 | 37 1 25 1 31,5 1 18
В, НВ 249 1 80 | 65 ) 32 | 40 1 23
40Г2 4543-71 н 1 67 | 39 1 27 | 33,5 | 19,5
М, НВ331 1 112 | 95 I 54 | 66 | 38
45Г2 4543—71 н 1 70 1 41 | 28 1 35 | 20
• М, НВ295 1 85 1 70 i 34 1 42,5 | 24,5
12
Таблица 3
легированных конструкционных сталей Допускаемые напряжения, кгс/см*
г,пи растяжении Ир при изгибе М„ при кручении Мкр при срезе ^х^ср при смятии Мем
Категория нагрузок -
I II III I II III I II III I II III I II
1500 1100 900 1800 1350 1100 1150 850 | 650 | 900 650 5001 22001 1650
1400 1700 1100 900 1700 1350 1100 1050 7501 600 | 850 | 650 5001 21001 J650
1200 950 2000 1500 1200 1250 9001 700 1000 | 700 I 550 | 25001 1800
1750 1250 1000 2100 1550 1250 1300l 1 9001 700 1050 I 7001 1 5501 2600 1850
1650 1250 1000 2000 1550 11250 1250 i 900 | 700 | 1000 I 650 550 2500 1850
1650 1250 1000 2000 1550 1250 1250 900 700 1000 650 550 2500 1850
1700 1250 | 1000 2000 | 1550 1250 13001 900 700 1000 | 650 550 25001 1850
1850 1400 1100 2200 | 1600 1350 14001 10001 800 | 1100 800 650 2800 2100
1900 1350 1050 23001 1650 1300 14001 10001 750 I 11501 850 | 600 2800 2000
' 2400_| 2900 2000 1750 1 1400 1 2900 1 2200 I 1750 18001 1300 1000 | 1450 | 1050 | 800 3600 2600
2100 !1550 | 1700 1250 I 35001 1450 j 24001 1900 l^iooj | 1550 2200 15501 1200 | 1750 | 1250 | -9501 4300 3200
1500 1150 90011200 | 950 1 750 30001 2300
2700 3800 | 2000 | 1600 | 32001 2500 | 2000 | 2000 | 15001 1150 | 16001 1150 | 23001 1650 | 900 | 4000 | 3000
| 2800 (2200 | 4500 | 3400 | 2700 I 2800 । 2000 | 1600 | 1300 | 56001 4200
,4400 I 3300 | 2600 |_5300j 4100 | 3200 i 3300 | 2400 I 1900 | 27001 19501 1500 | 6700 | 4900
2100 | 1600 11300 ! 25001 1950 | 1600 | 1550 | 1150 | 9001 1250 1 950 1 750 j 3100 ] 4800 | 2400 | 3600
,3200 | 2400 | 1900 | 3800 2900 | 23001 2400 | 1750 | 13501 19001 13501 1050
14800 | 3500 | 2800 |5700 4300 13500 | 36001 2600 | 20001 29001 20001 1600 I 72001 5200
*2100 11600 I 1300 1 2500 2000 I 1600 | 16001 1200 | 9001 1250 | 900 1 700 | 3100 2400
! 5000 | 3700 1 3000 1 6000 4600 I 37001 3700 | 2700 2100 1 3000 1 22001 1700 1 7500 5500
3200 | 2400 I 1900 | 3900 30001 2400 | 2400 1800 14001 19001 14001 11001 4900 | 3600
2000 | 1550 | 125012400 | 19001 1600 I 1500 1150 9001 1200 1 9501 7501 3300 1 2300
2700 | 2000 | 16001 3200 | 2500 1 2000 | 2000 1450 | 1150 | 16001 11501 900 ,4000 | 3000
2200 11700 11350 | 2600 | 2100 ] 1700 I 1650 | 1200 | 950 I 13001 9501 7501 3300 2500
3800 | 3100 | 27001 4600 | 38001 3300 29001 23001 1900 1 2300 1 18001 1500 | 5800 4600
12300 | 1750 | 1400 I 2700 21001 1750 17501 12501 10001 14001 1000 1 800 । 3400 | 2600
12900 | 2100 | 1700 1 3500 1450 1 2100 1 22001 15501 12001 17501 12501 950 । 4400 | 3300
13
Марка стали ГОСТ, ТУ или источник Т ермообработка Механические свойства, кгс/см*
Предел прочности при рас- тяжении ’в Предел текучести при рас- тяжении ат при растя же- 1 □ НИИ а—]р | ‘Л вынос. 3 X СП X iT с о пивости X X X jj
35ХГ2 115] У 85 70 34 42,5 24,5
ЗЗХС 4543—71 н I 60 I 30 1 21 | 26 15
М | 90 1 70 36 | 45 | 26
Э8ХС 4543—71 У I 95 1 75 | 37 1 47 1 28
. 45ХЦ [15] Ц-М32 I 100 | 85 I 40 | 50 | 30
Ц-М47 1 150 | 130 60 1 75 | 44
18ХГТ 4543—71 Н i_.J2 1 43 | 28 | 35 1 20
Ц-М59 I 100 | 80 | 40 | 50 | 29
25ХГТ ЧМТУ цниичм 561—61 Ц-М59 150 ПО 60 75 43 36
ЗОХГТ 4543-71 М-43 I 125 1 105 1 50 1 62 j
Ц-М59 1 НО 1 80 44 1 55 I _32_
4ОХГТР ЧМТУ цниичм 974-63 М 100 80 40 50 29
зохгвт ТУНКМЗ М, НВ-255 100 | 90 | 40 50 29
27ХГР ЧМТУ ЦНИИЧМ 218—59 М-47 120 100 48 60 34,5
2ОХГНР 4543-71 М-40 1 130 1 120 | 52 | 1 65 1 37,5
М-50 1 145 140 | 58 I 72,5 | 42
40ХНР ЧМТУ 5535--56 МЗО 90 75 1 36 45 | 26
20ХФ | [15] 1 м | 80 | 60 | 32 40 | 23 .
40ХФА 4543—71 МЗО I 90 75 | 36 1 45 | 26
М50 160 130 | 64 | 80 | 48
ЗОХМ 1 4543—71 | М 95 | 75 | 38 | 47,5 | 23
36XM 4543—71 М, НВ270 100 85 | 40 | 50 | 29
М50 160 140 | 64 | 80 | 48
40ХН | 4543—71 | Н 78 46 | 31 1 39 | 22,5
14
Продолжение табл. 3
Допускаемые напряжения, кгс/см*
при растяжении при изгибе [«]„ при кручении t'^Kp при срезе Игр при СМЯ- ТИИ [а]см
Категория нагрузок
I II III i и in1 I II III 1 II III I II
900 | 2100 | 1700 1 3500|1450121001 2200 i 1550 12001 1750 1250 ! 9501 44001 3300
1900 1 1350 |1050 1 23001 16501 1300 j 1400| 1000 | 7501 1150 650 | 6001 2800| 2000
ООО | 2200 | 1800 | 3600 I 2800'2200 | 2300 | 16501 13001 1800 | 13501 1050 | 4500| 3300
'200 ( 2300 | 1850 | 3900 I 2900 | 2300 : 2400 | 1750 | 1400 ! 19001 1400 | 1100 | 48001 3500
.400 | 2500 | 2000 | 41001 3100 25001 2690 |190011500 2000 I 15001 12001 51001 3800
100 | 3800 | 3000 | 6200 | 4600 I 3700 1 3800 i 2800 1 2200 | 31001 22001 17501 7600 | 5700
300 | 1750 1 1400 1 2700 |21001 1750| 1700 1 1250 | 10001 14001 1000 1 8001 3400, 2600
.300 | 2500 | 2000 4000 | 3100 I 2500 | 25001 1850 | 14501 2000 145011150 4900 | 3800
100 3800 3000 6000 4600,3700 3800 270012100 3100 2200 1700 7600 5700
300 , 3100 !2500 | 5100^3900'3100 3200 1 2300 ' 1800 | 2600 1850 |1400 6400 | 4600
.1700 ; 2700 j 2200 i 4400 3400 2700 | 2800 | 2000 11600 I 220011600 1250 ]5500 4100
3100 j 2500 j 2000 1 i 4100 1 3100 1 2500 i 1 260011850 1450 1 1 2000 1450 1150 5100 3800
3100 i 2500 1 2000 ' 4100 1 3100 i 2500 I 2600 | 18501 1450 2000 14501 1150 5100 3800
1100 3100 2400 4900 3700 3000 3100 2200 1700 2400 1750 1350 6200 4600
4500 | 3300 | 2600 I 5400 | 4100 ! 3200 34001 2300 1700 27001 18001 1350 168001 5000
5000 | 3600 2900 60001 45001 3600 | 38001 27001 2100 13000 2150 1700 I 75001 5400
3200 2300 1800 3800 2800 2200 2400 1700 1300 1900 1350 1050 4800 3400
2700 | 2000 | 1600 32001 2500 2000 2000 1450|1150 | 1600 1150 1 900 4100 | 3000
3200 | 2300 | 1800 I 38001 28001 2200 2400 | 17001 1300 I 19001 13501 1050 4800 3400
5500 | 4100 | 3200 I 6600 150001 4000 | 4100 | 3100 | 2400 | 33001 24001 1950 8200 6100
3200 | 2400 | 1900 | 3900 3000 | 2400 | 2400 | 15501 1150 1 19001 1250 | 900 |48001 3600
3400 | 2500 12000 1 4100 3100 | 2500 | 26001 18501 1450 | 20001 1300 1 950 | 5200 1 3800
5500 | 4100 | 3200 166001 50001 4000 | 4200 | 31001 2400 I 33001 2500 | 2000 | 82001 6100
2600 | 1950 11600 | 31001 2400 11950 I 19001 14001 1100 115501 11501 900 | 39001 2900
15
Марка стали ГОСТ, ТУ или источник Термообработка Механические свойства, кгс/мм
Предел прочности при рас- тяжении % Предел текучести при рас- тяжении Л Предел выносливости
при растяже- нии СГ__1р при изгибе 3-1 при кручении
40ХН 4543-71 М43 120 100 | 48 | 60 1 34,5
12ХН2 4543—71 М 80 1 60 | 32 | 40 | 23
ЦМ59 80 1 60 1 1 32 | 40 | 23
12ХНЗА 4543—71 У 1 95 1 70 | 38 1 47 1 27
ТВЧ59 1 100 1 85 I 40 50 | 30
20ХНЗА 4543—71 У | 95 I 75 | 38 | 47 1 27
Ц-М60 1 I 90 | 70 I 36 45 | 26
20Х2Н4А 4543—71 ТВЧ59 1 68 I 45 I 27 I 34 | 20
Ц-М59 I НО 1 85 | 44 55 I 32
М | 130 | НО | 52 | 1 65 | 37,5
20ХГСА 4543—71 | М I 80 | 65 I 32 I 1 40 I 23
ЗОХГС, ЗОХГСА 4543-71 О | 60 | 36 | 24 I 30 1 17
У | НО 1 85 | 44 I 55 | 32
М46 | 150 | 130 I 60 1 75 60 | 43 _35_
35ХГСА 4543—71 У 1 120 | 100 | 38 I
нзо 1 165 | 130 | 66 | 82 | 48
М50 1 170 140 | 68 | 85 49
38ХГС, 38ХГСА ЧМТУ 5780—57 ЛА 165 130 j 66 82 48
38ХГН 4543—71 О I 62 | 32 | 25 | 31 1 18
н ! 72 | 54 | 29 | 36 | 21
М50 I 150 | 136 | 60 | 75 | 43
30Х2ГН2 [15] М44 | 120 НО | 48 | 60 | 35
М48 1 150 130 | 60 | 75 | __43_
14ХГ2НР ЧМТУ 388—60 М, НВ338 | НО 90 | 44 | 55 | 31,5
Ц-М59 I 137 130 | 55 | 68,5 | 39,5
14ХГ2СР ЧМТУ 388—60 М. НВ338 | НО 1 90 | 44 | 55 | 31,5
Ц-М59 I 142 | 133 | 57 | 71 | 41
16'
Продолжение табл. 3
Допускаемые напряжения, kzcIcm?
при растяжении Гор при изгибе м„ при кручении ™кр при срезе ™ср при смя- тии (а]см
Категория нагрузок
1 II III I II III 1 II III I 11 III I II
4100 3100 1 2400 4900 3700 3000 3100 2200 1700 2500 1750 1350 6200 4600
2700 2000 1600 3200 2500 2000 2000 1450 1150 1600 1150 900 4000 3000
2700 2000 1600 3200 2500 2000 2000 1450 1150 1600 1150 9001 4000 3000
3200 |2400 | 1900 3800 2800 2300 2400 1750 1400 19001 1400 11001 4800 3000
3400 2600 2000 41001 3100 2500 2500 1900 1500 2000 1500 | 1200 | 5100 I 1 3800
3200 2400 1900 38001 2800 2300 2400 1750 1400 1900 14001 1100 I 48001 ( 3600
3000 2200 1800 3600 2800 2200 2300 1650 1300 1850 1350 j 1050 | 4500 I 3400
2300 1700 13501 2700 2100 1700 1700 1250 10001 1400 10001 800 | 3400 I 2600
3700 1 2700 2200 4400 3400 2700 2800 2000 16001 22001 1600 | 12501 5500 1 4100
4400 | 3300 | 2600 5300 4000 3200 3300 2400 19001 12600| 19001 1500 | 66001 5000
2700 | 2000 | 1600! 3300 | 2500 2000 20001 1450 1150 16001 11501 9001 41001 3000
2000j 1500 | 1200; 24001 1850 1500 1500 | 1100 850 1200 -9001 700 | 3000 | 2200
;3700 | 2700 I 22001 4400 3400 27001 2800 2000 1600 2200 16001 1250 | 5500 4100
5100 3800 | 3000 6200 | 4700 3800 3900 | 2700 2100 31001 22001 1700 | 7600 I 5700
4100 2600 | 1900 14900 | 3700 130001 3100 12200 17501 2500 1800 14001 6100 | 3900
5600 | 4100 [ 33001 | 6700150001 4000 | 4200 | 3000 2400 | 33001 2400 19001 8200 5200
5800 4200 | 3400 7000 5200 [ 42001 14300 3100 2400 3400 | 2500 2000 | 8700 5300
5600 4100 3300 6700 5000 4000 4200 3000 2400 3300! 2400 ! 1900 8200 5200
2000 | 1550 | 1250 2400 | 1900 1550| | 1500 | 1100 | 900 1200 | 900 | 700 3000 ! 2300
2400 | | 1800 | 1450' [2900 | 2200 [ 18001 1800 1 1300 | 1050 | 1450 1 1050 800 3600 2700
5200 | 4200 | 3800 I 30001 62001 47001 38001 3900 27001 (2100 3100 1 2200 17001 1800 5700
3000 | 24001 50001 38001 30001 3100 2200 1750 25001 18001 14001 6200 4500
5200 3800 | 30001 6200 | 4700 1 3800 39001 2700 | 2100 | 3100 1 2200 17001 7800 5700
3800 [2800 | 2200 4500 3400 | 2700 | 2800 | 2000 | 1600 | 2300 | 1650 I 1300 5600 4200
4700 3500 | 2700 | 5700 43001 3400 | 3500 | 2500 | 2000 | 2800 | 2000 1 16001 7100 | 5200
3800 12800 2200 | 4500 3400 | 2700 | 2800 | 2000 | 1600 12300 | 1650 | 13001 5600 | 4200
4900 | 3600 2800 | 59001 4400 | 3500 | 3700 [2600 [2000 | 2900 |гюо 11650 | 7300 1 5400
?—пп 17
Марка стали ГОСТ, ТУ или источник Термообработка Механические свойства, кгс/мм1
Предел прочности при рас- тяжении % Предел текучести при рас- тяжении 1 1 при растя же- д оо 1 НИИ з—1р 1 . । при изгибе 2 Л зг Зх при кручении g "ел —1
20ХГНТР [15] Ц-М59 120 100 |
25Х2ГНТА [15] м 150 1 130 I 60 \ 75 1 43
Ц-М59 125 100 1 50 1 62,5 36
20ХНМ ГУ КО 8—64 М 1 90 70 36 45 | 26
Ц-М59 I 120 1 95 | 48 | 60 34,5 21
20Х2Н2М ТУ УЗТМ н 73 | 1 62 | 29 I 36,5 |
Ц-М59 I 103 | 92 | 41 I 51,5 | 29,5
34ХН1М ТУ мтм 20-4—54 о | 55 | 32 | 22 | 27,5 | 16
Н 1 63 | 40 | 25 I 31,5 | 8
М. НВ288 | 87 75 | 35 | 43,5 | 25
34XH3M | 1 ТУ МТМ 20-4-54 о 1 60 35 | 24 | 30 I 17
н 1 65 50 | 26 | 32,5 | 18,5
) НВ309 1 92 | 80 | 37 | 46 | 26,5
40ХНМА 4543 -71 | 1 О | 65 | 35 | 26 | 32,5 | 18,5
У 1 100 | 85 I 40 | 50 | 29
М51 | 185 | 160 | 73 | 92 | 53
35ХН1М2Ф | ТУ УЗТМ М. НВ309 1 92 | 80 I 37 | 46 26,5
46ХНМФ чмту М, НВ 392 I 150 ЦНИИЧМ ‘ 1 •956—63 1 135 60 75 43
18Х2НЧВА [15] О I 63 40 25 31,5 1 18
j Н I 80 | 60 32 | 40 | 23
1 М. НВ364 1 115 | 85 46 | 57,5 I 33
38XH3BA [15] 1 М 1 110 | 100 1 44 | 1 55 | 31,5
15ХНГ2ВА ЧМТУ 386—60 М-56 1 120 | 100 1 48 60 34,5
Возд. 41 1 138 1 132 55 | 69 I 40
15Х2Г2СВА ВСТУ 62—60 М, НВ362 1 115 | 95 1 46 57,5 1 1 33
Ц-М59 I 125 | 115 | 50 | 62,5 | 36
М-39 | 138 I 130 | 55 | 69 | 39,5
18
Продолжение табл. 3
Допускаемые напряжения, кгс/см*
при растяжении [®]р при изгибе Ми при кручении ^кр при срезе Nep при смятии Мем
Категория нагрузок
I II III I II ш I II III I II III I II
4100 |3000 2400 4900 3700 | 30001 3100 2200 | 1700 I 2500 | 17501 13501 6100 | 4500
5100 3800 3000 6100 4600 | 3700 | 3800 2700 | 2100! 31001 2200 | 1750 | 76001 5700
4200_ 3100 2500 5100 3800 | 31001 3200 2300 | 1800 | 2500 | 18501 1450 | 6400 | 4600
3000 2800 1800 3600 2800 | 2200 | 2300 1600 | 1250 11800 | 1350 | 10501 4600 | 4200
4000 3000 1400 4800 37001 3000 | 3000 22001 1700 I 24001 17501 1350 | 6100 I 4500
2500 1850 1450 3000 2200 | 1800 | 1900 | 13501 1050 | 1500 | 11001 850 I 37001 2800
3500_ 2600 2000 4200 2500 2600 | 2700 | 1900 1500 | 2100 | 1550 | 12001 5300 3900
1800 1350 1100 2100 17001 1400 | 1350 | 10001 800 | 1100 | 800 | 650 2700 2000
2100 1550 1250 2500 1950 1600 | 1600 | 1150 | 900 | 1250 | 9001 700 3100 2300
3000 2200 1750 3600 2700 | 22001 22001 16001 12501 18001 1300 | 1000 1 4500 3300
2000 i 1500 | 1200 | 2400 1850 | 1500 | 1500 | 10501 850! 12001 8501 650 | 3000 2200
2200 1650 1 1300 | 2600 | 2000 1 16001 1650 | 12001 900 | 1300 I 900 | 700 | 3300 2500
3100_ 2300 | 18501 3800 | 2800 23001 2300 | 1650 I 13001 18501 1350 I 1050 | 4700 | 3500
2100 | 1600 I 1300 I 2500 |1950| 1600 1 1600 | 1150 | 900 1 12501 900 | 7001 3100 I 2400
3400 2500 | 20001 4100 31001 2500! 2700 1800 | 1450 | 2000 | 1400 | 11001 51001 3800
6400 I 4600 3600 I 7600 |5700| 46001 4700 | 3400 12600 | 38001 27001 2100 19500 6900
3100 2300 1850 | 3800 I2800I 1 23001 2300 1650 | 1300 I 1850 I 13501 1050 4600 3500
5100 3800 3000 6200 4700 3700 3800 2700 2100 3100 2200 1750 7700 5700
2100 1 1550 1 1250 ] 2500 1 1950 1600 1600 | 1150 900 1250 900 700 | 3100 2300
2800 | 2000 I 1600 3300 12500 20001 2100 1 1500 1 1150 1700 1200 900 | 4000 3000
4000 | 2900 2300 48001 3600 29001 3000 12100 | 1650 | 2400 1700 1300 | 6000 4400
j80Q |2800 2200 I 4500 | 3400 2700 2800 | 2000 | 1600 | 2300 1 1650 | 1300 | 5700 | 4200
4100 | 3100 12400 । 4900 | 3800 3000 1 31001 2200 1 1700 1 2500 | 17501 1350 ! 6100 | 4600
4800 — | 3500 12700 1 5700 1 4300 1 3400 3600 12500 I 2000 |2900 | 2100 | 1600 | 7100 | 5200
3900 | 2900 12300 | 47001 3500 2800 2900 | 2100 | 16501 2300 | 1650 1300 5900 | 4300
jgoo I 3100 12500 152001 3800 3100 3200 | 2300 | 18001 2600 1 1850 1450 64001 4600
4600 1 3400 | 27001 5500 | 4300 3500 3500 12500 12000 128001 2000 1600 69001 5100
19
Марка стали ГОСТ, ТУ или источник Термообработка Механические свойства, kzcJm.^
Предел текучести при рас- тяжении % Предел текучести при рас- тяжении Зт Предел выносливости
при растяже- 1 нии 1р | 1 1 при изгибе । а-1 i S I 1“ С е 43
35Х2ГСВ (М)А СТУ 5— С2-58- 01 —62 М 150 135 60 75
30Х2ГМТ ТУ нкмз О 60 40 1 24 | 30 17
М.НВ241 85 1 70 | 1 34 1 42,5 | 24,5
38ХЮ 4543—71 М 1 80 1 70 1 32 1 40 | 23
М | 90 | 75 | 36 1 45 I 26
38ХМЮА 4543—7,1 О | 70 | 30 | 28 1 35 | 20
У | 100 | 85 | 40 1 50 | 29
М, НВ275 | 105 | 90 | 42 52 I 30
38ХВФЮ (38ХВФЮА) [15] У | 100 I 85 | 40 50 1 29
М | 90 | 70 | 36 | 1 45 | 26
50ХФА 14959—69 М 1 130 I НО | 52 1 65 34
М46 | 150 | 130 | 60 | 75 | 36
50ХГ | 14959-69 М | 130 | ПО | 52 | 65 | 34
50ХГА 1 14959-69 | М | 130 | 120 | 52 | 65 | 34
5ОС2 1 14959—69 | М. НВ241 | 120 | НО | 48 | 60 | 34,5
60С2 14959—69 | М, НВ269 | 130 | 120 | 52 65 | 34
60С2А 14959-69 М, НВ269 160 | 140 | 64 80 | 46,5
60С2ХА 14959—69 | М 180 | 160 | 72 90 | 52
60С2Н2А 14959-69 м I 175 | 160 | 70 87,5 50,5
О 71,5 | 41,8 | 29 | 36 21
ШХ15 801—60 О 60 I 38 | 24 | 30 18
М62 220 | 170 | 46 | 66 1 33
величина п( может быть уменьшена до 1,0. В настоящей работе,
величина п> принята равной 1,2.
Коэффициент П2 учитывает отклонения действительных механи-
ческих характеристик от нормативных, неоднородность свойств
материала и тому подобные факторы. При расчете на сопротивле-
20
Продолжение табл. 3
Допускаемые напряжения, кгс/см1
при растяжении Нр при изгибе Ни при кручении ^1кр при срезе Мер при смятии Исм
Категория нагрузок
I II III I П 111 I II III 1 II III I II
5200 3800 3000 6200 4700 3800 3900 2700 2100 3100 2200 1750 7700 5700
1800 1450 | 1200 2100 1750 1500 1350 | 10501 850 | 11001 8501 7001 27001 2200
2900 2100 | 1700 3500 2600 2100 2100 | 1550 1200 1750 I 1250 950 44001 3200
2800 2000 | 1600 3300 2500 2000 2000 | 1500 1150 17001 11200 950 41001 3000
3100 2400 11900 3700 2900 2400 2300 | 1700 1350 11850 1400 1100 46001 3600
2200 1700 | 1400 2600 2100 1750 16501 1250 10001 1300 10001 800 33001 2500
3400 | [2500 | 2000 14000 3100 2500 | 25001 1850 11450 2000 1450 | 11501 5100 | 3800
3600 | 2600 | 21001 4300 3300 26001 2700 | 2000 1500 [2200 11550 | 12001 5400 4000
3400 | 2500 12000 [ 4000 131001 12500 25001 1850 | 1450 2000 1450 11501 5100 3800
! зооо j 2200 | 1800 | 3600 [ 2800 | 22001 2300 | 1650 | 1300 1800 | 1300 10001 4500 3400
! 4400 | 3300 I 2600 5400 14000 | 32001 3400 | 22001 1700 | 2600 1800 13501 6600 5000
5200 | 3800 | 3000 62001 4700 | 3800 | 3900 | 2400 1800 3100 2000 14501 17700 5700
4400 | 3300 | 2600 5400 |40001 3200 | 3400 | 2200 1700 2600 18001 |1350 | 66001 5000
4400 3300 I2600| 5400 40001 3200 134001 2200 1700 2600 1800 13501 6600 1 5000
4200 3000 [2400 15000 | 38001 3000 31001 22001 1700 2500 1750 13501 62001 4500
4400 3300 [2600 | 5400 14000| 3200 3400 | 2200 1700 2600 | 1800 | 1350 | 67001 5000
5500 |4С00 |‘32СС | 66С0 5СС0 1 4СС0 | 41С0 1ЗССО 123CG | ЗЗСО I 24С0 I 1850 82С0 6С00
6200 |4600 | 3600 | 7400 |5600 |4500 | 4200 | 3200 [2600 | 3700 |?28С0 ! 2300 9300 6900
6000 1 44С0 ! 3500 I 7200 [5400 | 4400 14500 | 3300 | 2500 13600 | 2500 | 2СС0 9000 6600
2400 | 1800 | 1450 12800 | 2200 1800 1 18С0 1 1300 | 1050 I 1450 | 12С0 | 1С50> 13600 2700
2000 1500 1 1200 | 2400 | 1800 15С0 I 15С0 I 1100 | 900 | 12С0 1 900 1 750 1 зосо | 2200
7400_ ]35С0 123С0 | 89С0 148С0 ЗЗСО | 55С0 125С0 11650 । 44С0 12СС0 | 1360 !иссо | 5200
чие пластическим деформациям значения коэффициента п2 прини-
маются в зависимости от степени пластичности материала, харак-
теризуемой отношением от/ств.
Рекомендуемые величины п2 для нагрузок I категории и различ-
ных значений степени пластичности [29—31] приведены в табл. 4.
21
Таблица 4
Значения коэффициента запаса прочности для нагрузок I категории в зависимости
от отношения от/ав
*тЛв Коэффициент запаса прочности
п\ п» п9 —П, 'П%'П9
0,45-0,55 . 1,2—1,5 1,4—1,8
0,55-0,7 1,2 1,4—1,8 1,0 1,7—2,2
0,7—0,9 1.7—2,2 2,0—2,6
Коэффициент Из вводят в тех случаях, когда необходимо допол-
нительно увеличить запас прочности для особо ответственных де-
талей, от которых требуется повышенная надежность при эксплуа-
тации. Значения и3 принимают в пределах 1,0—1,5. Для расчета
настоящих таблиц коэффициент п3 принят равным 1,0.
Таким образом, запас прочности сталей при растяжении (и сжа-
тии) для нагрузок I категории определяется по формуле
ni = 1,2и2 .
Значения запаса прочности, определенные по этой формуле для
различных значений от/<ув, приведены также в табл. 4.
Представим значения п\ графически (рис. 1).
Зависимость ni=f(oT/oB) в пределах интересующих нас интер-
валов может быть представлена прямой, уравнение которой имеет
вид:
Пт=0,23+2,65 ((Ут/(Ув).
(3)
Уравнение (3) положено в настоящей работе в основу дальней-
ших расчетов.
Допускаемые напряжения для нагрузок I категории при растя-
жении (и сжатии) определены по формуле
где (ут — предел текучести при растяжении;
п\ — запас прочности, определяемый по уравнению (3).
Допускаемые напряжения для нагрузок I категории при изгибе,
кручении, срезе и смятии (см. табл. 1—3) получены на основании
приближенных зависимостей [10]:
MJ = Ь2[о]1 ; (5)
Н’р=0,75[3)'; (6)
22
ixUP = °.6i°]p; (7)
1^м=Ь5[а1’. (8)
Допускаемые напряжения для нагрузок III категории при растя-
жении, изгибе и кручении получены делением соответствующих
пределов выносливости o_iP, a_i и т-i на запас прочности пщ- При
Рис. 1. Запас прочности для сталей при растяжении для
нагрузок 1 категории
приближенной расчетной схеме, без надлежащей эксперименталь-
ной проверки рекомендуется (6, 29, 30, 31, 32] принимать запас
прочности по отношению к пределу выносливости равным
«ш = 1,5ч-2,5.
Для расчета таблиц 1—3 принято nni=2,0.
В связи с отсутствием данных о пределе выносливости сталей
при срезе, допускаемые напряжения для нагрузок III категории
при срезе (т]шСр получены уменьшением допускаемых напряжений
при срезе для нагрузок I категории [тРср во столько же раз, во
23
сколько допускаемые напряжения при кручении для нагрузок
III категории [т]шКр меньше допускаемых напряжений при круче-
нии для нагрузок I категории (тРкр, т. е.
ГХ]1П
k]iii = k]i
I «ср 1 «ср гр
I '’•кр
Допускаемые напряжения при растяжении и изгибе для нагру-
зок II категории получены по формуле [10]
ra]n=(±tW_lzEL
[а]1 + [op” k ’
где k — характеристика цикла,
£ _ Omax'V^mln
Отах—ат1п
При изменении напряжения от нуля до максимума omin = 0, по-
этому k= 1.
Следовательно [33],
(9)
(Ю)
(П)
[з11^2|о11-[>1|П
[G]’ + М’П '
Определение допускаемых напряжений для нагрузок II катего-
рии при кручении и срезе производится по формуле, аналогичной
формуле (12):
(12)
Г-1П.-2Н1 НП1
Н’+М1"
Допускаемые напряжения для нагрузок II категории при смятии
рассчитаны по формуле, аналогичной формуле (8):
[<С = 1,5Ь1» . (14)
Следует заметить, что допускаемые напряжения смятия [о]*См и
(g]ucm, приведенные в таблицах, пригодны для расчетов только не-
подвижных соединений., При расчетах специальных соединений
(шпоночных, шлицевых й др.), подвижных под нагрузкой и без на-
грузки, с целью уменьшения быстрого износа контактирующих
поверхностей, предотвращения их задиров и исключения возмож-
ности заедания соединений значения допускаемых напряжений
смятия в зависимости от условий эксплуатации резко снижают
(см. например [3, 4, 5, 6, 7]).
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
Для таблицы допускаемых напряжений отливок из углеродис-
тых и легированных сталей (табл. 5) отобраны марки стального
литья по ГОСТ 977—65, ГОСТ 7832—65, руководящему материа-
лу [26] и работе [11].
(13)
24
Допускаемые напряжения при растяжении для нагрузок I кате-
гории получены путем- деления соответствующих пределов текучести
на запас прочности пь который принят равным 2,5 (30, 31]. Для ста-
лей с высоким отношением 5т/а„ (например, 40ХЛ, 40ХГСЛ, ЗОХМЛ,
20Х2МЛ) запас прочности Hi=3,0.
Допускаемые напряжения для нагрузок I категории при изгибе,
кручении, срезе и смятии получены на основании приближенных
зависимостей (10]:
[з]> = 1,2[а]>; (15)
(-Up=°.7[3]’; (16)
М’р=0,55(3]’; (17)
(18)
При расчете допускаемых напряжений для нагрузок III катего-
рии при растяжении, изгибе и кручении значения пш рекомендует-
ся принимать в пределах 1,5—2,5.
Так как литая сталь является материалом с пониженной одно-
родностью структуры, то для расчета таблиц принят верхний пре-
дел Пп1=2,5.
В связи с отсутствием данных о пределе выносливости стально-
го литья при срезе допускаемые напряжения для III категории на-
грузок (т]П1ср получены таким же образом, как и при построении
таблиц 1—3, т. е. по формуле (9).
Допускаемые напряжения при растяжении, изгибе, кручении,
срезе и смятии для 1нагрузок II категории получены по формулам
(12), (13), (14). Для стальных отливок, полученных литьем по вы-
плавляемым моделям, механические характеристики и допускаемые
напряжения могут быть приняты по табл. 5 в случае, если заливка
производилась в формы, подогретые до 450°, и не допускалось по-
вышенных температур заливки {34].
ОТЛИВКИ ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
Для составления таблицы допускаемых напряжений отливок из
серого чугуна (табл. 6) приняты марки чугунов согласно ГОСТ
1412—70(13,24,31].
Для образца круглого поперечного сечения допускаемые напря-
жения для I категории нагрузок при изгибе, кручении, растяжении,
сжатии получены делением соответствующих пределов прочности
на запас прочности «ь Для серых, в том числе и модифицирован-
ных чугунов при статических нагрузках рекомендуется принимать
запас прочности ni=3,0-e-4,0 (30]. При недостаточной достоверности
Расчетных нагрузок, в особенности ударных, величину запаса проч-
ности следует увеличить в 1,5-*-2,0 раза [30, 31]. Для расчета табл. 6
25
Таблица 5
Механические характеристики и допускаемые напряжения для отливок из углеродистых и легированных сталей
Марка стали ГОСТ Термо- обра- ботка Механические свойства, кгс/мм* i Допускаемые напряжения, кгс/см*
Предел прочности при растя- жении зв Предел текучести при растя- жении Пред при растя- жении 5-ip ел выносли! при изгибе юсти при круче- нии при растяжении [°1р при изгибе р]и при кручении Мкр при срезе [т]ср при смятии [а]см
Категория нагрузок
I II III I П III I II III I II III I II
20Л 977—65 Н * 42 22 12 17 10 900 630 480 1100 840 680 630 500 400 500 400 320 1350 950
25Л 977—65 Н 45 24 12,5 18 11 950 650 500 1150 900 720 650 520 440 520 420 350 1450 1050
зол 977—65 Н 48 26 13,5 19 11,5 1000 700 530 1200 930 760 700 550 460 550 440 360 1500 1100
35Л 977—65 Н 50 28 14 20 12 1100 740 560 1300 1000 800 750 _600_ 480 600 470 380 1650 1200
45Л 977—65 Н 55 32 15,5 22 13 1250 840 630 1500 1100 880 870 650 520 700 530 420 1900 1250
55Л 977—65 Н 60 35 17 24 14,5 1400 920 680 1700 1250 960 1000 740 580 750 550 430 2100 1500
20ГЛ 7832—65 Н 55 30 15,5 22 13 1200 830 630 1450 11U0 880 850 650 520 650 500 400 1800 1250
35ГЛ 7832—65 О 60 40 17 24 14,5 1600 950 680 1900 1300 960 1100 760 580 880 600 460 2400 1500
н 55 30 15,5 22 _ 13_ 1200 830 630 1450 1050 880 850 650 520 650 500 400 1800 1250
в 60 35 17 24 _14l5_ 15,5 _ 13 __ 1400 920 680 1700 1250 960 1000 740 580 750 550 430 2100 1500
40ГЛ 7832—65 н 65 35 18 26 1400 950 720 1700 1250 1050 1000 750 620 750 580 460 2100 1400
25Г2Л* — н 60 35 17 24 1400 920 680 1700 1250 960 1000 680 520 750 510 390 2100 1350
20ГСЛ 7832—65 н 55 30 15,5 22 I3 14,5 _ 15,5 1200 830 630 1450 1050 880 850 650 520 650 500 400 1800 1250
ЭОГСЛ 7832—65 н 60 35 17 24 1400 920 680 1700 1250 960 1000 740 580 750 550 430 2100 1500
в 65 40 18 26 1600 1000 720 1900 1350 1050 J100 790 620 880 640 500 2400 1550
40ХЛ 7832—65 н 85 53 24 34 20,5 1750 1250 950_ 2100 1550 1250 1250 1100 820 950 750 620 2600 2000
м 65 50 18 26 16 1650 2200 1000 720 2000 1400 1050 1150 820 640 900 640 500 2500 1650
4ОХГЛ* У 91 55 25 36 21,5 1400 1000 2600 1900 1450 1550 1100 860 1200 840 650 3300 2100
35ХГСЛ 7832—65 н 60 35 17 24 14,5 1400 920 680 1700 1250 960 1000 740 580 750 550 430 2100 1500
в 80 60 22,5 32 19 2000 1250 900 2400 1700 1300 1400 980 760 1100 780 600 3000 2000
4ОХГСЛ* — У 85 54 24 34 20 1800 1250 950 2100 1650 1350 1250 1100 800 1000 780 640 2700 2000
20ХМЛ 7832—65 н 45 25 12,5 18 11 1000 660 500 1200 900 720 700 560 440 550 430 350 1500 950
ЗОХМЛ 7832—65 У 82 69 23 33 20 2300 1300 920 2700 1750 1300 1600 1050 800 1250 830 620 3500 2100
35ХМЛ 7832—65 н 60 40 17 24 14,5 1600 950 680 1900 1300 960 1100 760 580 880 600 460 2400 1500
2ОХ2МЛ* — У 81 63 22,5 32 19 J>100_ 1250 900 2500 1700 1300 1450 980 760 1150 800 600 2100 2000
4ОХНЛ 7832—65 У 70 50 19,5 28 17 1450 1000 780 1750 1350 1100 1000 800 680 800 650 540 2200 1550
4ОХНТЛ 7832—65 У 90 70 27,5 39 23,5 2000 1400 1100 2400 1900 1550 1400 1100 940 1100 880 740 3000 2100
ХН20* — У 82 49 23 33 20 1650 1200 920 2000 1550 1300 1150 950 800 900 740 620 2500 1850
* По данным [11].
26
27
Механические характеристики и допускаемые
Марка чугуна (ГОСТ 1412-70) Механические свойства, кгс/мм1 Форма сечения
Предел прочности Предел выносливости
при изгибе св и при растя- жении при сжатии Зв сж при круче- нии Тв кр при изгибе ’-1 при круче- нии т-1
1 ®
СЧ 15-32 32 15 65 24 7 5 JL
I
СЧ 18-36 36 18 70 26 8 6 в
.1
СЧ 21-40 40 21 75 28 10 8 в
* I
28
Таблица 6
напряжения для отливок из серого чугуна
Допускаемые напряжения. кгс!см*
при изгибе при кручении [т[кр при растяжении [3)р при сжатии [а1сж
Категория нагрузок
I II HI I II III I 11 III I II III
700 400 300 530 300 220 330 200 140 1450 830 140
600 350 250 400 230 160
500 290 210 330 180 130
1 i 800 । 500 350 580 360 260 400 250 180 1550 950 180
1 660 410 300 430 270 200
1 560 1 350 250 370 230 160
880 730 570 430 620 450 350 450 300 220 1650 1100 220
470 350 450 330 250
600 400 300 400 280 220
29
Марка чугуна (ГОСТ 1412—70) Механические свойства, кгс/мм* Форма сечения
Предел прочности Предел прочности
при изгибе ч при растя- жении при сжатии и®сж 1 при круче- нии Твкр 30 при изгибе а-1 при круче- нии т-1
СЧ 24-44 44 24 85 12 10 НО®
СЧ 28-48 48 28 100 35 14 11 НО®
СЧ 32-52 52 32 ПО 39 14 11 I а
30
Продолжение табл. 6
Допускаемые напряжения, кг^см1
- пр1 1 изгибе [3]и при кручении Мкр при растяжении Мр при сжатии Ысж
Категория нагрузок
I П ш I п Ш I и ill I 11 Ш
970 800 670 520 650 520 430 530 350 280 1850 1250 280
550 430 500 380 320
680 470 350 400 320 270
1000 750 600 770 600 480 620 450 350 2200 1550 350
870 730 630 500 570 450 350
530 420 480 370 300
1150 800 600 850 600 480 700 480 370 2400 1650 370
950 650 500 650 450 350
800 550 420 550 370 300
31
Марка чугуна (ГОСТ 1412—70) Механические свойства, кгс/мм1 Форма сечения
Предел прочности Предел выносливости
при изгибе Зо ви при растя- жении Зв при сжатии Звсж при круче- нии твкр при изгибе 3-1 при круче- нии т-1
СЧ 36-56 56 36 120 40 15 11,5 а I
СЧ 40-60 60 40 130 46 15 11,5 а I
СЧ 44-64 64 44 140 50 20 15 н ®
32
Продолжение табл. 6
Допускаемые напряжения, кьс/см,*
при изгибе Ни при кручении 1т1кр при растяжении н₽ при сжатии (31сж
Категория нагрузок
I II III I II III II III I П III
1250 850 650 900 650 500 780 550 420 2600 1850 420 430
1000 700 550 650 470 370
870 600 450 550 400 300
! 1зоо 850 650 1000 650 500 850 570 430 2800 1900
! 1000 1 700 550 750 470 370
1 900 600 450 630 400 300
1400 I 1050 850 1100 800 650 1000 750 600 3100 1900 600
1150 850 700 800 600 500
1000 750 600 750 550 450
449
33
принимаем запас прочности для I категории нагрузок nj=4,5.
Допускаемые напряжения для нагрузок III категории при изги-
бе и кручении получены делением соответствующих пределов вы-
носливости на запас прочности пщ.
При отсутствии экспериментальной проверки усилий и напряже-
ний, пониженной однородности материала, особенно для литых де-
талей и деталей больших размеров, можно принимать пщ=
= 1,74-3,0 (30, 31]. Для расчета табл. 6 запас прочности пш=2.3.
В связи с отсутствием данных о пределе выносливости чугуна
при растяжении, допускаемые напряжения для нагрузок III кате-
гории при растяжении [о]1Пр определены по формуле, аналогичной
формуле (9):
(19)
[о]'
Допускаемые напряжения для нагрузок III категории при сжа-
тии [о]шсж принимаются равными допускаемым напряжениям при
растяжении:
1 • (20)
Таблица 7
Коэффициент формы для отливок из серого чугуна (необработанная поверхность)
Форма сечения Коэффициент формы
Изгиб | Кручение
1,0 1,0
0,83 0,75
0,7 0,63 .
Примечание. При растяжении н сжатии для всех указанных сечений
коэффициент формы следует принимать равным 1,0.
34
Для нагрузок 1Г категории допускаемые напряжения при изгибе,
кручении и растяжении подсчитаны по формулам (12), (13).
Допускаемые напряжения для нагрузок II категории при сжа-
тии [о]псж получены по формуле
Ы”
(2D
Для образцов прямоугольного и двутаврового сечения допускае-
мые напряжения получены умножением соответствующих допускае-
мых напряжений для образцов круглого сечения на коэффициент
формы сечения, взятый из табл. 7, построенной на основании
[29, 31] для изгиба и [33] для кручения.
отливки из ковкого ЧУГУНА
Таблицы допускаемых напряжений (табл. 8) разработаны для
девяти марок ковкого чугуна согласно ГОСТ 1215—59 [25]. Из
прочностных свойств ковкого чугуна в ГОСТ 1215—59 регламенти-
рован только предел прочности при растяжении ов. Остальные ме-
ханические свойства при различных видах нагружения взяты для
составления табл. 8 из данных работ [13] и [31].
Предел выносливости при изгибе о1-! определен в работе [13]
на основании соотношения
<1=(0,40-«-0,45)зв. (22)
— В указанных выше источниках помещены значения пределов
выносливости o'-i, o'-ip, г'-1 для отливок из ковкого чугуна после
их механической обработки. Для определения значений пределов
выносливости литых деталей из ковкого чугуна с необработанной
поверхностью (с литейной коркой) вводят поправочный коэффи-
циент [13, 35, 36]
k„ = 0,75.
Поэтому в настоящей работе предел выносливости при изгибе
определен по формуле, полученной из формулы (22), следующим
образом
о-1=*л<1=0,75(0,40-5-0,45)ав=(0,30ч-0,34)ав. (23)
Исходя из анализа данных [13, 35, 36], получаем, что пределы
выносливости при растяжении—сжатии и при кручении для отливок
из ковкого чугуна можно определить по соотношениям:
а_1р = (0,57-5-0,61)0^ ; (24)
т_1=(0,884-0,93)о_1. (25)
В работе [13] приводятся данные о соотношениях пределов вы-
носливости для ковкого чугуна при различных видах нагружения:
<1р:<г<, = 1.0:1,7:1.5.
36
Механические характеристики и допускаемые
Марка ж 1215-69) Механические свойства, квс/мм* Форма сечения
Предел прочности Предел текучести Предел выносливости
во при изгибе о- ви при кручении । при срезе ти вср при растяжении ®т с иилнжэ иби при изгибе дТи | при кручении т- *кр при срезе т *ср при изгибе при растяжении- сжатии а . —1Р при кручении
КЧЗО-6 30 49 34 27 19 21 31 13 10 9 5,5 • 8 • а D I
КЧЗЗ-8 33 53 34.5 29 21 23 33 14,5 10,5 10 6 J9 • □ I
КЧ35-10 35 57 35 30 22 23 34 15 11 10,5 6,5 9,5 • О I
36
Таблица 8
напряжения для отливок из ковкого чугуна
Допускаемые напряжения, кгс]см*
при изгибе [Ян при кручении Икр при растяже- НИН [о]р при сжатии Меж при срезе Мер при смятии Мем
Категория нагрузок
I П Ш I II III I П III I п III I П III I II
850 950 390 250 950 400 250 500 360 280 1250 1400 1500 1 580 630 670
1050 580 400 650 460 360
1000 550 370 520 370 290
950 500 350 450 320 250
800 430 300 450 320 250
420 270 1050 430 270 550 400 310
1150 650 450 700 500 400
1100 600 420 560 400 320
1000 580 400 500 350 280
850 500 340 500 350 280
1000 450 300 1100 470 300 600 44С 350
1200 700 500 750 550 430
1100 650 470 600 440 340
1050 600 450 520 380 300
900 520 380 520 380 300
37
Марка Ж 121 Б—69) Механические свойства, к.гс!мм2 Форма сечения
Предел прочности Предел текучести Предел выносливости
при растяжении ав| при изгибе о_ ви при кручении «> 3 X при растяжении *т § н е> X X се § X с при изгибе о» ти я L при срезе т_ гср при изгибе о , —I при растяжении- сжатии о . —1р при кручении т-1
КЧ37-12 '.37 58 37 32 23 25 35 16 11,5 11 6,5 10 • □ 1
КЧ45-6 45 66 44 34 25 28 39 17 12,5 13,5 8 12 • р I
КЧ50-4 50 72 52 36 27 30 42 19 13,5 15 9 13,5 • О I
38
Продолжение табл. 8
Допускаемые напряжения, кгс(см^
при изгибе Ми при кручении [Икр при растяже- вив [3]р при сжатии [°)сж при срезе [Пер при смятии Мем
Категория нагрузок
I 11 1П I II III 1 II ill I II III I II Ill 1 II
1050 470 300 1150 480 300 650 460 360 1550 700
1250 1150 720 650 500 470 800 640 570 450 450 360
1100 630 450 550 400 310
950 550 380 550 400 310
1300 800 600 850 650 550 1100 530 350 1250 550 350 650 500 420 1650 800
1200 750 550 680 520 440
1150 700 530 600 450 380
1000 600 450 600 450 380
1200 600 400 1350 600 400 700 550 460 1800 990
1450 950 700 900 700 600
1350 900 650 720 560 480
1300 850 620 630 490 420
1100 700 520 630 490 420
39
Марка ж 1215—5®) Механические свойства, кгс/мм1 Форма сечения
Предел прочности Предел текучести Предел выносливости
। при растяжении ав при изгибе о о ви при кручении 9 вкр при срезе т_ вср 1 при растяжении 1_®Т при сжатии а_ тсж । при изгибе о_ ти при кручении 9 ткр при срезе т_ тср при изгибе a__j 1 при растяжении- сжатии о . —1р паи кручении т-1
79 58 38 29 32 45 21 —
КЧ56-4 56 14 17 10 15,5
•
О I
КЧ60-3 60 84 62 40 31 34 47 22 15 18 11 16 • □ I
КЧ63-2 63 87 64 42 32 36 49 23 15,5 19 11,5 17 • О I
40
1 при Продолжение табл. 8 Допускаемые напряжения, кгс,'см2
изгибе [а1и при кручении [Т1кр при растяже- нии [3]р при 1 сжатии [а]сж при срезе 1т1ср при смятии [5]см1
Категория нагрузок
I II III I П t П I П III I II III I II III I II
1300 670 450 1450 700 450 800 650 560 2000 1000
1550 1000 750 1000 800 700
1450 950 700 800 640 560
1400 1150 900 650 700 560 490
750 550 700 560 490
1400 740 500 1550 750 500 850 700 580 2100 1100
1700 1100 800 1050 850 720
1600 1000 750 850 680 570
1500 970 700 730 600 500
1250 800 600 730 600 500
1150 1450 750 520 1650 800 520 900 750 610 2200 1100
1750 850 1100 900 750
1650 1100 800 900 720 630 600
1550 1000 750 770 520
1300 850 640 770 630 520
41
Эти соотношения можно представить иначе:
=0,59:1,0:0,89
или
<1р=0>59<1;
что соответствует формулам (24) и (25), которые и приняты для
расчета пределов выносливости всех марок ковкого чугуна в
табл. 8.
Следует отметить, что в использованных выше источниках име-
ются данные только по следующим пяти маркам чугуна: КЧ 30-6;
КЧ 33-8; КЧ 35-10; КЧ 37-12; КЧ 50-4. Для определения соответ-
ствующих механических свойств по четырем остальным маркам
КЧ 45-6; КЧ 56-4; КЧ 60-3; КЧ 63-2 воспользуемся эксперимен-
тально полученными данными (37], из которых следует, что харак-
теристики прочностных свойств ковких чугунов зависят от предела
прочности при растяжении ов линейно. Искомые значения недоста-
ющих характеристик механических свойств указанных четырех
марок чугуна определены графически на рис. 2 и 3 и приведены в
табл. 8.
При расчете данных табл, 6 и 8 допускаемые напряжения для
нагрузок I категории при изгибе и кручении для образцов круглого
поперечного сечения и при растяжении, сжатии и срезе для образ-
цов произвольного поперечного сечения получены (30, 31] делением
соответствующих пределов текучести на запас прочности «1=2,2.
Допускаемые напряжения для нагрузок III категории при изги-
бе, кручении и растяжении получены делением соответствующих
пределов выносливости на запас прочности пш = 2,2.
Допускаемые напряжения для нагрузок III категории при сжа-
тии приняты равными допускаемым напряжениям при растяжении:
W • (26)
В связи с отсутствием данных о пределе выносливости ковкого
чугуна при срезе допускаемые напряжения среза для нагрузок
III категории {т]п1ср рассчитаны по формуле (9), исходя из соответ-
ствующих допускаемых напряжений при кручении образцов круг-
лого поперечного сечения.
Для нагрузок II категории допускаемые напряжения при изгибе
и кручении образцов круглого сечения и при растяжении, сжатии и
срезе образцов произвольного сечения рассчитаны по формулам
(12) и (13).
Допускаемые напряжения при изгибе и кручении для деталей
крестообразного, прямоугольного, коробчатого и двутаврового се-
чения получены умножением соответствующих допускаемых напря-
жений для деталей круглого сечения на коэффициент, взятый из
табл. 9 [35, 36].
42
Рис. 2. Зависимость пределов прочности и пределов те-
кучести ковкого чугуна при различных видах нагруже-
ния от прочности при растяжении <ув.
Условные обозначения:
о— по данным [13, 17, 27, 28]; х — искомые значения
Рис. 3. Зависимость пределов выносливости ковкого чу-
гуна при изгибе 0—1 , кручении t_j и растяжении <?—ip
от предела прочности при растяжении о в
Условные обозначения:
о — по данным (13, 17, 27, 29]; х — искомые значения
43
Таблица 9
Коэффициент формы для отливок из ковкого чугуна (литая необработанная
________________________________поверхность)______________________________
Форма сечения Коэффициент формы
Изгиб | Кручение
1.0 1,0
0,94
0,8
Примечание. При растяжении и сжатии для всех указанных сечений
коэффициент формы следует принимать равным 1,0.
Допускаемые напряжения для нагрузок I и II категории при
смятии получены на основании зависимостей (8) и (14).
УЧЕТ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ
Допускаемые напряжения во всех таблицах даны без учета кон-
центрации напряжений и абсолютных размеров детали и вычисле-
ны в табл. 1, 2, 3, 5 для стальных гладких полированных образцов
диаметром 6—12 мм и в табл. 6 и 8 — для необработанных круглых
чугунных отливок диаметром 30 мм (38—43].
Учет концентрации напряжений следует производить при опре-
делении максимальных напряжений в рассчитываемой детали.
Для учета размеров детали следует допускаемые напряжения,
приведенные в таблицах (о]табл, Нтабл. корректировать по фор-
мулам
Н = Нтабз-е; (27)
И в Итабл*® >
44
где е — коэффициент влияния абсолютных размеров, который для
различных материалов составляет 1,4—0,5.
Влияние абсолютных размеров детали, т. е. так называемый
«масштабный фактор», сказывается для различных материалов и
при различных видах нагружения различным образом.
На рис. 4 приводится график уменьшения предела текучести
стали при растяжении от от статических нагрузок в зависимости от
абсолютных размеров детали. Это уменьшение от характеризуется
коэффициентом влияния абсолютных размеров сечения:
(°т)10
Рис. 4. Коэффициент влияния абсолютных размеров св'
чения для стали при статических нагрузках ет
т. е. отношением предела текучести металла (ar)d детали с разме-
ром сечения d к пределу текучести детали с размером сечения
10 мм (29, 32].
Аналогичный график, показывающий влияние абсолютных раз-
меров на предел выносливости при переменных напряжениях для
стальных деталей, приведен на рис. 5 для различных значений пре-
дела прочности стали при растяжении. При промежуточных значе-
ниях предела прочности следует производить интерполяцию между
указанными кривыми.
Соответствующие графики для чугуна представлены на рис. 6
и 7. На рис. 6 приводится график, показывающий изменение преде-
ла прочности при растяжении от статических нагрузок в зависимос-
ти от размеров сечения для модифицированного и серого чугуна.
44
Pec. 5. Коэффициент влияния абсолютных размеров сечения для ста-
ли при переменных нагрузках :
/ — углеродистая сталь (ав«й0-л-50 кгс/мм2)- 2 — легированная закаленная
сталь (св««120-^140 кгс/мм2)
Рис. 6. Коэффициент влияния абсолютных размеров сечения для чу-
гуна при статических нагрузках ев:
/ — модифицированный чугун; 2 — серый чугун
46
График получен пересчетом на основании данных [29] и представ-
ляет собой отношение предела прочности детали сечением d к пре-
делу прочности сечением 30 мм:
ев = 7— • (29)
гЫзо
На рис. 7 приводится график, показывающий влияние абсолют-
ных размеров сечения для чугунных деталей при знакопеременном
изгибе. График получен на основании данных [29] и представляет
собой отношение предела выносливости при изгибе (o-i) d деталей
сечением d к пределу выносливости деталей сечением 30 мм\
(30)
(°—j)so
Рис. 7. Коэффициент влияния абсолютных размеров се-
чения для чугуна при переменных нагрузках e_j:
1 — детали без концентраторов напряжений; 2 — детали с не-
большим концентратором напряжений (Яа<1,2); 3 — детали с
резким концентратором напряжений (/?3>1,2)
Сводные данные о примерной области применения сталей и чу-
гунов, для которых в табл. 1, 2, 3, 5, 6, 8 даны механические харак-
теристики и разработаны допускаемые напряжения, приводятся в
табл. 10.
47
Таблица 10
Примерное назначение материалов, для которых разработаны допускаемые
напряжения
Марка материала Назначение
Углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества
(см. табл. 1)
Ст. 2, Ст. 2кп Элементы сварных конструкций неответственного назначения, заклепки, анкерные болты
Ст. 3, Ст. Зкп Ст. 4, Ст. 4кп Сварные конструкции из сортового, фасонного и листового про- ката, балки, фермы, обечайки, днища, корпуса сосудов, работаю- щих под давлением, каркасы котлов, малоответственные детали, не подвергающиеся термической обработке
Стр. 5 Арматура, крюки кранов, детали, подвергаемые небольшим напряжениям (болты, гайки, валы, оси, звездочки, рычаги, тяги, серьги рессор, упоры подшипников, клинья, пальцы)
Ст. 6 Детали повышенной прочности (оси, валы, клинья, тяги, флан- цы, стяжные кольца)
Углеродистая качественная конструкционная сталь (см. табл. 2)
08, Овкп После нормализации — шайбы, патрубки, прокладки, вилки тяг, облицовки кузовов, стаканы и другие неответственные ненагру- женные детали, к которым предъявляются требования высокой пластичности. После химико-термической обработки — втулки, винты, пальцы, шайбы, шпильки и другие неответственные детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной прочности и износостойкости
10, Юкп После нормализации -или без термообработки — патрубки, шай- бы, прокладки, (вилки тяг, корпуса и трубчатые пучки теплообмен- ных аппаратов, змеевики и другие детали, работающие при тем- пературе до 475°С, к которым предъявляются требования высокой пластичности. После химико-термической обработки — втулки, ушки рессор, винты, шайбы, диафрагмы и другие детали, к кото- рым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины
15, 15кп После нормализации — вилки, стяжки, траверсы, гайки, винты, болты, крюки, фланцы, шпильки, штанпи и другие детали, приме- няемые в различных областях машиностроения, к которым предъ- являются требования высокой пластичности. После химико-терми- ческой обработки — вилки, рычаги, шестерни, ключи, ролики, ку- лачки, гайки, шпильки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины
48
П родолжение табл. 10
Марка материала Назначение
20, 20кп После нормализации — крюки кранов, стропы, серьги, муфты, дилпндры, штоки, трубопроводы, змеевики, трубные пучки тепло- обменных аппаратов, трубы коллекторов, фланцы, корпуса аппа- ратов, работающих при температуре от —40 до 4-475°С под дав- лением, подмоторные рамы, башмаки, косынки, корпуса влагоще- лочеотделителей, вкладыши подшипников, диски тракторных ко- лес, толкатели масляных насосов, кулачки, крейцкопфы насосов и другие детали невысокой прочности, изготовляемые методом го- рячей и холодной штам'повки с применением сварки. После хими- ко-термической обработки — фрикционные диски, поршневые паль- цы, кулачковые валики, кулачки, болты, винты, ключи, червяки, шестерни и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысо- кой прочности сердцевины
25 После нормализации — оси, валы, соединительные муфты, со- бачки, рычаги, вилки, шайбы, валики, болты, фланцы, тройники, сборники, пробки, заглушки и Другие детали неответственного на- значения и невысокой прочности. После химико-термической об- работки — винты, собачки, болты, втулки и другие детали, от ко- торых требуется высокая поверхностная твердость и износостой- кость
30, 35 Тяги, оси, серьги, траверсы, рычаги, муфты, валы, звездочки, цилиндры, диски, шпиндели, цилиндры и колонны прессов, болты, гайки, винты, конические валы, шатуны, бандажи, балки, втулки, пальцы, червяки, кулачки, толкатели, штоки, шестерни и другие детали невысокой прочности
40 Оси, коленчатые валы, валы-шестерни, штоки, шестерни, банда- жи. детали турбин, детали арматуры, шатуны, шпиндели, звездоч- ки, распределительные валики, болты, головки цилиндров, шпон- ки, фрикционные диски, плунжеры, пальцы и другие детали, от которых требуется повышенная прочность
15 Валы-шестерни, коленчатые и распределительные валы, зубча- тые колеса, шпиндели, бандажи, плунжеры, стойки, колонны, оп- равки, «рычаги, траверсы, упорные детали, хвостовики, цилиндры, штуцеры, кулачки, муфты, штифты, шайбы, вилки, кронштейны, установочные винты, диски упорные, пальцы, втулки, детали ар- матуры, тяги, педали, штыри, шпонки, шпильки, храповики, сто- поры, фиксаторы и другие детали, от которых требуется умерен- ная твердость и прочность (после улучшения), повышенная изно- состойкость при умеренной прочности сердцевины (после закалки и низкого отпуска), повышенная твердость поверхности и умерен- ная усталостная прочность (после поверхностной закалки)
50 Штоки, плунжеры, зубчатые колеса, венцы, валы-шестерни, оси, бандажи, шпиндели, пальцы, защелки, диски и другие детали по- вышенной прочности
4-449
49
Продолжение табл. 10 Продолжение табл. 10
Марка материала Назначение материала Назначение
2ОГ После нормализации — втулки, трубки, штуцеры, оси, вкладыши, 20Х детали сварных конструкций, подмоторные рамы, косынки, башма- ки, кулачковые валики и другие детали невысокой прочности. После химико-термической обработки — фрикционные диски, пальцы, кулачковые валики, болты, гайки, винты, ключи, шайбы, неответственные ш.естерни, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхности твердости и из- _ Втулки, шестерни, обоймы, поршневые кольца, толкатели, оси, направляющие планки, шпиндели, червяки, оправки, копиры, гильзы, упорные диски, тарелки регуляторов, плунжеры, кулачко- вые муфты, рычаги и другие детали средних размеров, к которым предъявляются требования износостойкости и умеренной прочнос- ти сердцевины
носостойкости при невысокой прочности сердцевины 40Х Оси, валы, валы-шестерни, коленчатые и кулачковые валы, зуб- чатые колеса, плунжеры, штоки (до 0 200 мм), втулки, кривоши- пы, пальцы, шпиндели, оправки, муфты, рейки, кулачки, зубчатые венцы, полуоси, диски упорные, седла клапанов, детали насосов и трубопроводной арматуры, высокопрочные трубы, болты и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной проч- ности и средней вязкости, работающие при средних статических и динамических нагрузках
ЗОГ Тяги, оси, траверсы, рычаги, муфты, валы, звездочки, цилиндры, диски, шпиндели, соединительные муфты, цилиндры прессов, бол- ты, гайки, винты и другие детали, к которым предъявляются тре- бования невысокой прочности
40Г 50Г Оси, коленчатые валы, валы-шестерни, бандажи, детали арма- туры, шатуны, звездочки, распределительные валики, болты, го-
ловки цилиндров, плунжеры, карданные валы и другие детали, от которых требуется повышенная прочность 45Х Оси, валы, валы-шестерни, шестерни, кольца, втулки и другие детали, подвергающиеся истиранию и работающие без значитель- ных ударных нагрузок
65Г Зажимные и подающие цанги, круглые и цилиндрические пру- жины, рессоры, шайбы упорные, тормозные ленты, шестерни,
фланцы, корпуса подшипников, крановые колеса, пружины кла- панных насосов, кольца пружин центробежных компрессоров, 50Х диски фрикционные и другие детали, от которых требуется повы- шенная износостойкость при работе без ударных нагрузок Валы, оси, шпиндели, рейки, установочные винты, зубчатые ко- леса и другие детали средних размеров, к которым предъявляют- ся требования повышенной твердости, износостойкости и проч- ности при незначительных динамических нагрузках
09Г2 Легированные конструкционные стали (см. табл. 3) 35ХРА Шестерни, коленчатые валы, шатуны, фланцы, болты, шпильки, штоки и другие детали
► Балки, сталь рифленая, стойки, днища, секторы и фланцы ре- генераторов, обечайки кислородных установок и другие детали 35Г2 Валы, полуоси, цапфы, рычаги, вилки, фланцы, коленчатые ва- лы, шатуны, болты, кольца, кожухи, шестерни и другие детали,
10Г2 Патрубки штуцеров, змеевики, трубные пучки, крепежные дета- к которым предъявляются требования повышенной износостой- кости
ли, подмоторные рамы, косынки и другие детали, применяемые в машиностроении для работы при температуре до —70°С под дав- 35ХГ2 лением * Траки, пальцы, звездочки и другие детали
09Г2С ззхс Листовые сварные конструкции, ответственные сварные изделия, 38ХС работающие при температуре от —70 до +475°С Диски трения, зубчатые колеса, шайбы и другие детали неболь- ших сечений, к которым предъявляются требования высокой прочности, упругости 'И износостойкости
10Г2С1, 16ГС
Корпуса, днища, фланцы и другие детали сосудов, работающих при температурах от —70 до +475°С под давлением 45ХЦ Валы, оси, зубчатые колеса, пальцы, шатуны, червяки и другие детали сложной конфигурации, к которым предъявляются требо- вания повышенной прочности
25ГС Цилиндры гидропрессов, сварные цилиндры, сварные валы, пли- ты гидропрессов и другие крупные детали, изготовляемые с приме- —
пением электрошлаковой сварки 18ХГТ - 25Х ГТ После цементации и закалки — шестерни, червяки, шлицевые валы, втулки, кулачковые муфты, направляющие, шкворни, паль- цы, кольца 0 60—250 мм, ролики до 0 20 мм и другие ответст- венные нагруженные детали, испытывающие динамические на-
14ХГС Сварные трубы высокого давления и др.
10ХСНД Детали сварных конструкций, аппаратов и сосудов химической промышленности и др. грузки, к которым предъявляются требования высокой износо- стойкости, усталостной и повышенной прочности и вязкости серд- цевины
50
51
Продолжение табл. 10
__________________________________________________Продолжение табл. 10
Марка материала Назначение
ЗОХГТ Нагруженные детали, работающие при больших скоростях и повышенных удельных давлениях (шестерни, валы-шестерь и, червяки, валы, втулки). Без цементации — детали станков, к ко- торым предъявляются требования повышенной прочности
зохгвт, 27ХГР, 20ХНР, 20ХГНР, 4ОХНР Коленчатые валы, зубчатые колеса, шпиндели, штоки, оси, валы- шестерни, муфты и другие ответственные детали, к которым предъявляются требования высокой прочности и вязкости, рабо- тающие в условиях высоких удельных давлений и скоростей при •наличии динамических нагрузок
20ХФ Зубчатые колеса, поршневые пальцы, распределительные вали- ки, кулачковые муфты, втулки, шпиндели, оправки, червячные ва- лы, копиры, плунжеры, толкатели и др.
4ОХФА После улучшения — шлицевые валы, штоки, установочные вин- ты, траверсы, шатуны, крепежные детали трубопроводов высоко- го давления при температуре до 4О0°С. После закалки и низкого отпуска — рейки, червячные валы и другие детали средних разме- ров, к которым предъявляются требования повышенной износо- стойкости в сочетании с повышенной прочностью и вязкостью сердцевины
ЗОХМ, ЗОХМА, 35ХМ Валы, шестерни, валы-шестерни, втулки, оси, фланцы, болты, шпиндели, шпильки, роторы, диски, штоки и другие ответственные нагруженные детали, к которым предъявляются требования высо- кой прочности и вязкости, работающие под действием статиче- ских и динамических нагрузок при температуре до 450°С
40ХН, 12ХН2 Оси, коленчатые валы, шатуны, зубчатые колеса, муфты, валы- шестерни, шпиндели, болты, нажимные винты, рычаги, штоки, ци- линдры, полукольца и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, к ко- торым предъявляются требования прочности, вязкости и прокали- ваемое™
12ХНЗА Шестерни, валы, втулки, силовые шпильки, болты, муфты, чер- вяки и другие тяжелонагруженные детали, работающие в усло- виях трения, вибрационных нагрузок и отрицательных температур (до —70°С) и требующие повышенной прочности и вязкости сердцевины
20Х2Н4А 1 Зубчатые колеса, валы-шестерни, оси, пальцы, валы, силовые шпильки и другие особо ответственные крупные тяжелонагру- женные детали, работающие при больших скоростях в условиях прения и подвергающиеся вибрационным и динамическим на- грузкам, от которых требуется высокая прочность и вязкость сердцевины
Марка материала Назначение
20Х2Н2М с Коленчатые валы, зубчатые колеса, валы-шестерни, шатуны и другие ответственные детали, к которым предъявляются требо- вания высокой прочности и вязкости и которые подвергаются вибрационным и динамическим нагрузкам. Применяется как за- менитель стали марки 18Х2Н4ВА для изготовления поковок се- чением до 350 мм
34ХН1М, 34XH3M Диски, валы, оси, муфты, полумуфты, шестерни, валы-шес- терни, ответственные болты, силовые шпильки и другие особо ответственные крупные детали, к которым предъявляются высокие требования по механическим свойствам и которые работают при повышенной температуре (до 500°С)
40ХНМА Коленчатые валы, клапаны, шатуны, крышки шатунов, ответ- ственные болты и силовые шпильки, шестерни, кулачковые муф- ты и другие тяжелонагруженные детали сложной конфигурации, работающие при динамических нагрузках, от которых требуется высокая прочность при достаточной пластичности и вязкости
35ХН1М2Ф Диски, роторы, валы, оси и другие особо ответственные тяжело- нагруженные детали, к которым предъявляются высокие требо- вания по механическим свойствам
45ХНМФ Валы торсионные и другие тяжелонагруженные детали, рабо- тающие при значительных скручивающих нагрузках
18Х2Н4ВА 15ХНГ2ВА 15Х2Г2СВА 30Х2ГМТ Валы, шестерни, валы-шестерни и другие детали, к которым предъявляются требования высокой прочности и которые подвер- гаются значительным вибрационным и динамическим нагрузкам
38XH3BA Диски, валы, детали редукторов и другие крупные тяжело'на- груженные ответственные детали, работающие при повышенной температуре (до 400°С)
38ХЮ Ли 20Л, 25Л Эксцентрики, валы, плунжеры, копиры, направляющие втулки кондукторов и другие детали, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью, без особых требований к проч- ности сердцевины тые углеродистые и легированные стали (см. табл. 5) Детали сварных конструкций и трубопроводов с большим объ- емом сварки, крышки, патрубки, фланцы, рычаги и другие детали неответственного назначения, подвергающиеся действию ударных нагрузок и резким изменениям температуры
зол, 35Л Корпуса, станины, обоймы, балансиры, рычаги, корпуса редук- торов, муфты, шкивы, кронштейны и другие детали, работающие под действием средних статических и динамических нагрузок
53
52
Продолжение табл. 10
Марка материала Назначение
45Л, 55Л Станины, зубчатые колеса и венцы, тормозные диски, муфты, кожухи, катки, рычаги, звездочки, храповики и другие ответ- ственные детали, работающие под действием средних статиче- ских и динамических нагрузок
20ГЛ, 35 ГЛ Диски, звездочки, зубчатые колеса и венцы, барабаны, .шкивы, траверсы, валы, кулачковые муфты, крышки подшипников, цап- фы, бандажи и другие детали
40ГЛ Цепные колеса лебедок и редукторов, зубчатые колеса, банда- жи и другие детали, подвергающиеся износу и ударным на- грузкам
25Г2Л Зубчатые колеса, ходовые колеса, бандажи и другие детали, работающие при средних статических и динамических нагрузках, от которых требуется повышенная износостойкость
20ГСЛ Зубчатые венцы и колеса, втулки, колонны и детали сварных конструкций с большим объемом сварки
зогсл, зохмл, Зубчатые колеса и венцы, ролики, обоймы, рычаги, фланцы, шкивы, ходовые колеса и др.
4ОХЛ, 40ХГЛ Мелкое фасонное литье сложной конфигурации, изготовляемое по выплавляемым моделям; отливки простой конфигурации, отливаемые в земляные формы
35ХГСЛ, 4ОХГСЛ Зубчатые колеса, звездочки, оси, валы, муфты и другие ответ- ственные детали, от которых требуется повышенная износостой- кость
4ОХН 1 Валы, шестерни, ответственные болты и шпильки Серый чугун (см. табл. 6)
СЧ 15-32 Базовые, корпусные и другие малоответственные отливки с тол- щиной стенок 10—30 мм, к которым не предъявляются требова- ния износостойкости
СЧ 18-36, СЧ 21-40 Крышки, маховики, фундаментные плиты и другие ответствен- ные детали с толщиной стенок 10—20 мм
СЧ 24-44 Тормозные барабаны, втулки, толкатели и другие ответствен- ные детали с толщиной стенок 20—40 мм
СЧ 28-48 Базовые и корпусные отливки повышенной прочности и изно- состойкости и другие ответственные сложные отливки с толщиной стенок 20—60 мм
54
Продолжение табл. 10
Марка материала Назначение
СЧ 32-52 Ответственные высоконагруженные отливки с толщиной стенок 20—100 жж *
СЧ 36-56 Ответственные высоконагруженные отливки с толщиной стенок не менее 20 жж
СЧ 40-60 СЧ 44-64 Наиболее тяжелонагруженные и толстостенные отливки Ковкий чугун (см. табл. 8)
кч 30-6 Шестерни, собачки, кронштейны, пробки, балансиры, катки, муфты, втулки и другие детали, работающие при низких стати- ческих и динамических нагрузках
КЧ 33-8 Корпусы подшипников, подкладки, скобы, собачки и другие де- тали, работающие при средних статических и динамических на- грузках
КЧ 35-10 Картеры редукторов, кронштейны, детали тормозов, подшипни- ки, скобы, ступицы колес и другие детали повышенной прочности при высокой пластичности и вязкости, работающие при высоких статических и динамических нагрузках
КЧ 45-6, КЧ 50-4, КЧ 56-4 Втулки, катки, детали тормозов и другие детали, к которым предъявляется требование повышенной износостойкости
МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ ДОПУСКАЕМЫХ НАПРЯЖЕНИИ
ПРИ РАСЧЕТАХ НА ПРОЧНОСТЬ
Практика проведения расчетов показывает, что при определении
максимальных напряжений в опасном сечении нагруженных дета-
лей машин и механизмов и проверке их прочности целесообразно
придерживаться следующего порядка расчета: 1) определение за-
дачи расчета; 2) выявление исходных данных; 3) составление рас-
четной схемы; 4) определение расчетных нагрузок; 5) выявление
опасного сечения лимитирующих деталей и расчет наибольших на-
пряжений, возникающих от действия внешних нагрузок; 6) учет
влияния концентрации напряжений; 7) определение допускаемых
напряжений; 8) проверка условия прочности и заключение по рас-
чету.
Определение задачи расчета. В зависимости от стадии разра-
ботки прочностные расчеты подразделяются на проектировочные и
проверочные. Они различаются задачей расчета.
55
Задачей проектировочного расчета является определение раз-
меров и материала детали, при которых будет обеспечена ее проч-
ность при воздействии заданных нагрузок. По размерам, опреде-
ленным расчетом, проектируют деталь. Примерами проектировоч-
ных расчетов является расчет модуля зубчатого зацепления, опре-
деление диаметра вала и др. Проектировочные расчеты выполня-
ются конструктором на стадии разработки технического проекта
машины.
Задачей проверочного расчета является определение максималь-
ных напряжений в опасном сечении уже спроектированной детали
и в сравнении их с допускаемыми. Проверочные расчеты проводят-
ся на стадии окончания технического проекта машины, при рабо-
чем проектировании, а также в случаях, когда при испытании ма-
шины или же в условиях ее эксплуатации произошла поломка де-
тали и требуется путем проведения расчетного анализа установить
причину аварии. Проверочные расчеты выполняются либо конст-
руктором машины, либо специальной расчетной группой.
Выявление исходных данных. Исходными данными являются
геометрические размеры рассчитываемых деталей и узлов машин,
весовые характеристики деталей, а также заданные значения дей-
ствующих сил, давлений и других нагрузок, которые не вычисляют-
ся в процессе проведения расчета.
Исходные данные принимаются на основании технической до-
кументации (технического задания на проектирование, паспортных
материалов и т. п.), чертежей машины или литературных данных.
Числовые значения коэффициентов, экспериментальные данные и
другие привлекаемые для расчета материалы могут применяться по
ходу расчета с ссылками на источники. Все остальные промежу-
точные и окончательные значения расчетных параметров должны
быть получены как результат расчета, основанного на указанных
выше исходных и дополнительно вводимых данных.
Составление расчетной схемы. Расчетной схемой называется
упрощенное изображение детали, у которой отброшены несуще-
ственные для расчета особенности, но которое по своей геометрии,
условиям закрепления и схеме нагружения достаточно полно отра-
жает реальную конструкцию и в то же время составляется из гео-
метрических элементов, для определения напряжений в которых
разработаны расчетные методы.
Чем полнее принятая расчетная схема отображает фактическую
конфигурацию детали и условия ее работы, тем точнее и надежнее
результаты расчета. С другой стороны, неоправданное усложнение
расчетной схемы приводит к увеличению объема вычислительных
работ и вызывает в большинстве случаев значительные математи-
ческие трудности. Поэтому выбор рациональной расчетной схемы
является одним из самых важных этапов расчета.
При назначении расчетной схемы следует также иметь в виду,
что точность результатов расчета не может быть выше точности
исходных данных. Поэтому, если проводится ответственный расчет,
56
исходные данные необходимо определять и задавать с высокой
степенью точности. В этих случаях следует не останавливаться пе-
ред выбором сложных расчетных схем, применяя те из них, кото-
рые наиболее полно учитывают специфику работы детали. Расчет
по таким схемам можно проводить с использованием электронных
вычислительных машин. Однако во многих случаях необходимость
в проведении такого рода ответственных расчетов не возникает.
К тому же исходные данные чаще всего известны только при-
ближенно и поэтому стремиться к поискам сложных расчетных
схем, наиболее полно учитывающих все особенности рассчитывае-
мой конструкции, не всегда целесообразно. Обычно можно доволь-
ствоваться приближенной расчетной схемой или проводить расчет
по нескольким простейшим расчетным схемам, по одним из кото-
рых можно получить заведомо завышенный, а по другим — зани-
женный результат. И хотя при такой методике расчета действитель-
ные напряжения в детали всегда остаются неизвестными, она все
же позволяет произвести приближенную оценку величины дейст-
вующих в детали напряжений, достаточную для вынесения необхо-
димого суждения о ее прочности.
Определение расчетных нагрузок. При проведении расчетов на
прочность деталей определение расчетных нагрузок, воспринимае-
мых этими деталями, является основным начальным этапом, от
правильности выполнения которого зависит точность конечного ре-
зультата. Все расчетные нагрузки можно разделить на статические
и динамические.
К статическим относятся нагрузки либо постоянные во времени
(например, вес отдельных деталей) либо изменяющиеся так мед-
ленно, что силами инерции, возникающими при этом, можно пре-
небречь. Из сказанного следует, что статические нагрузки дейст-
вуют на тела либо неподвижные, либо движущиеся с постоянной
пли мало изменяющейся скоростью. Большинство статических на-
грузок определяется просто, так как они пропорциональны опреде-
ляющим их величинам. Например, вес детали прямо пропорциона-
лен ее объему и удельному (или объемному) весу; сила трения
прямо пропорциональна нормальному давлению и коэффициенту
трения и т. п.
Динамические нагрузки в отличие от статических возникают
при движении тел с переменной скоростью. В расчетах в этих слу-
чаях учитывают силы инерции, так как напряжения, определенные
без учета сил инерции, будут заниженными, и результаты прочност-
ного расчета менее достоверными. Динамическая нагрузка назы-
вается инерционной, если величину сил инерции можно вычислить
непосредственно через массу и ускорение движущегося тела. При
ударном взаимодействии тел силы инерции нельзя вычислить по-
добным способом; их определяют энергетическими методами с уче-
том деформации соударяемых деталей. Чтобы подчеркнуть специ-
фический характер расчета на такие нагрузки, их в отличие от
инерционных называют ударными.
57
Определение расчетным путем динамических нагрузок, возни-
кающих в деталях машин при ударе, является одной из наиболее
сложных задач, так как величина этих нагрузок и характер их
возникновения зависят от многих факторов. Расчет деталей, испы-
тывающих удар, на статическую нагрузку не дает даже прибли-
женного представления о напряжениях, возникающих в этих де-
талях. Попытки произвести расчет этих деталей на прочность, учи-
тывая их деформацию, но не принимая во внимание их взаимодей-
ствия с другими элементами машины, также не могут привести к
удовлетворительным результатам.
Пользоваться при расчетах машин динамическими коэффициен-
тами, величина которых не связана с особенностями возникновения
ударных динамических нагрузок, следует осторожно; им всегда луч-
ше предпочесть хотя бы приближенное расчетное определение ди-
намических нагрузок с учетом деформации элементов упругой сис-
темы машины.
Выявление опасного сечения лимитирующих деталей и расчет
наибольших напряжений. В соответствии с принятой расчетной схе-
мой действительная конфигурация детали заменяется обычно од-
ной из трех геометрических форм: брусом, пластиной, оболочкой.
Напряжения в наиболее нагруженном («опасном») сечении детали
определяются методами сопротивления материалов. Большей
частью опасным сечением является то, в котором действуют наи-
большие нагрузки (изгибающие или крутящие моменты, силы дав-
ления и т. п.). Однако в наиболее нагруженных сечениях детали не
всегда возникают наибольшие напряжения. Это имеет место тогда,
когда геометрические характеристики сечений (площади, моменты
сопротивлений, моменты инерции) в различных местах детали раз-
личны. В подобных случаях необходимо произвести расчет напря-
жения в нескольких сечениях и в качестве расчетного напряжения
а или т принять наибольшее. Эти наибольшие напряжения, которые
в дальнейшем будем называть номинальными, определяются по
известным формулам сопротивления материалов без учета концент-
рации напряжений. Например, для прямого бруса:
при центральном растяжении или сжатии
” = (3D
при поперечном изгибе
при кручении
т=^Р, (33)
1ГР ’
где Р9 М, Л1кр — продольная сила, изгибающий и крутящий мо-
менты;
58
F, IF, IFP — площадь поперечного сечения, моменты сопротив-
ления изгибу и кручению.
Учет влияния концентрации напряжений. На практике опасны-
ми сечениями детали обычно являются не только те сечения, в кото-
рых возникают наибольшие номинальные напряжения ст или т, но
также и сечения, в которых имеет место концентрация напряжений.
Как правило, концентрация напряжений появляется в местах резко-
го изменения размеров или формы поперечных сечений детали, а
также вблизи галтелей, выступов, отверстий, входящих углов, выре-
зов, пазов и других факторов, называемых концентраторами напря-
жений. Чаще всего конструктивно концентраторы напряжений
встречаются именно в наиболее нагруженных сечениях.
Различают теоретический и действительный, или эффективный
коэффициенты концентрации напряжений.
Теоретический коэффициент концентрации напряжений пред-
ставляет собой отношение наибольших местных напряжений
и , вызванных наличием концентратора, к номинальным на-
пряжениям стих (формулы (31) — (33), вычисленным без учета
этих местных конструктивных особенностей детали:
mix Хтах
~ мести . ~ мести /ол\
, а- =-------.
а т
Теоретический коэффициент а, (для касательных напряжений
at) характеризует степень концентрации напряжений при их упру-
гом распределении и может быть вычислен при помощи теории упру-
гости и теории пластичности или определен экспериментально пу-
тем косвенных измерений (оптическим методом, методом лаковых
покрытий, методом сеток и т. п.).
При расчете деталей машин на усталость фактическое снижение
пределов выносливости из-за концентрации напряжений оценивает-
ся действительным, или эффективным коэффициентом концентра-
ции [32], под которым понимается отношение предела выносливос-
ти образца без концентратора к пределу выносливости образца с
концентратором напряжений, имеющего такие же абсолютные
размеры сечений. Эти коэффициенты обозначаются:
для нормальных напряжений
Я3= —; (35)
а_,к
для касательных напряжений
(36)
т—1К
где ст-i, т-i — пределы выносливости гладких образцов без кон-
центраторов напряжений;
о-i к, т-i к — пределы выносливости образцов с концентратора-
ми напряжений.
59
Эффективные коэффициенты концентрации R„ и Rx (35), (36)
обычно имеют меньшие значения, чем теоретические коэффициенты
концентрации а0 и а. (34) при упругом распределении напряже-
ний. Это объясняется тем, что теоретические коэффициенты а» в
а-, учитывают лишь влияние формы фактора концентрации, в то
время как эффективные коэффициенты Ra и R, учитывают влия-
ние не только формы, но и материала детали.
Так как это влияние сказывается только на превышении в зоне
концентрации максимальных напряжений над номинальными, т. е.
на величинах (R,—1) и (at —1), то степень чувствительности мате-
риала к концентрации напряжений можно определить отношением
этих двух величин, так называемым коэффициентом чувствитель-
ности:
для нормальных напряжений
(37)
для касательных напряжений
Этот коэффициент зависит от свойств материала: у высокока-
чественных термически обработанных легированных сталей он до-
ходит до 1, у малоуглеродистых сталей уменьшается до 0,5. Мало-
чувствителен к концентрации напряжений чугун: для него величина
q, (qx) близка к нулю. Из формул (37), (38) видно, что, если q0 =0
(qx =0), то Ro = 1 (Rt=l) и концентрация напряжений не вызы-
вает снижения пределов выносливости. Если же <?в = 1 (^х = 1), то
Ro =a, (Rt = ax ), т. e. материал обладает полной чувствительно-
стью к концентрации напряжений.
Для сталей с увеличением предела прочности возрастают и
коэффициенты чувствительности qa и q-:, т. е. с ростом предела
прочности значения эффективных коэффициентов концентрации
Ro и Rt увеличиваются, приближаясь к соответствующим теорети-
ческим значениям а, и at .
При расчете влияние концентрации напряжений учитывается
умножением номинального напряжения о или т, определенного без
учета концентрации напряжений (31) — (33), на эффективный коэф-
фициент концентрации напряжений Re или Rt :
° max ~ R °’’ • (39)
~тах ~ R ”• (40)
При выборе значений эффективного коэффициента концентра-
ции в конкретных случаях расчета необходимо иметь в виду сле-
дующее.
Для пластических материалов (незакаленные стали) при стати-
ческих напряжениях (нагрузки I категории) коэффициент концент-
рации не учитывается: R = 1 (табл. 11).
60
Таблица 11
Значения эффективного коэффициента концентрации напряжений
Материал Характер нагрузки Категория нагрузки 1 Эффективный коэффициент концентрации напряжений
Сталь незакаленная Статическая I 1
Динамическая II, III >1
Сталь закаленная Статическая Динамическая I, II, III >1
Чугун Статическая Динамическая I, II, III 1
При действии переменных напряжений (нагрузки II и III кате-
горий) и при наличии концентраторов эффект концентрации напря-
жений для пластичных материалов должен учитываться обязатель-
но, так как усталостная трещина возникает и развивается именно
в зоне концентрации напряжений.
Для однородных малопластичных материалов (например, зака-
ленных сталей с ов>130 кгс1мм2) при наличии концентраторов на-
пряжений коэффициент концентрации должен учитываться при на-
грузкам всех трех категорий.
Для хрупких неоднородных материалов (чугун) коэффициент
концентрации напряжений /?=1 не должен учитываться как при
статических, так и при динамических нагрузках, так как опыты по-
казывают, что эффект внутренней концентрации напряжений от
графитовых включений и мельчайших трещинок перекрывает почти
полностью эффект концентрации напряжений, обусловленный фор-
мой детали.
Выбор конкретных значений эффективного коэффициента кон-
центрации для некоторых типовых источников концентрации напря-
жений и при различных схемах приложения нагрузки может про-
изводиться по графикам, представленным на рис. 8 и 9 [44]. Для
деталей, на формы которых не имеется экспериментальных значе-
ний эффективных коэффициентов концентрации, значения /?„ R-.
можно вычислять по формулам:
R, = 1+ q3 (а, — 1) ; (41)
Я = 1Н(а:-1), (42)
61
вытекающим из соотношений (37) и (38). Значения теоретического
коэффициента концентрации а» и коэффициента чувствительности
материала qx для случаев растяжения и изгиба ступенчатой плас-
тины и пластины с боковыми вырезами приведены на рис. 10 [31].
Если форма и условия нагружения рассчитываемой детали зна-
чительно отличаются от случаев, приведенных на рис. 8—10, то зна-
чения R„ (Rx) можно вычислять, используя литературные источ-
ники, приведенные в приложении.
Рис. 8. Эффективные коэффициенты концентрации для ступенчатых валов:
а — изгиб с кручением (для D : d-2; ов—50 кгс/мм2); б—чистый изгиб (для D : d—2;
d-30 4-50 мм); в —кручение (для D : d-2; d-30-r 50 мм); г — растяжение-сжатие (для
D : d=2; d=304-50 мм); д — поправочный коэффициент £ на отношение D:d (верхняя кри-
вая-изгиб с кручением и чистый изгиб; нижняя кривая — кручение и растяжение-сжатие);
/?-/? , если (по а), или (по б), или (по г);
g а а &
, если (по в) ' '
62
Определение допускаемых напряжений производится по мето-
дике, приведенной выше.
Проверка условия прочности и заключение по расчету состав-
ляются на основании сравнения по формулам (1) величины макси-
мального расчетного напряжения ат0Л или хтах, определенного с
учетом эффективного коэффициента концентрации напряжений по
формулам (39), (40), с величиной допускаемого напряжения [о]
или [т], определенного с учетом масштабного фактора по форму-
лам (27).
Рис. 9. Эффективные коэффициенты концентрации для 'входящего узла при
изгибе:
а — сталь (/ — легированная, ав =90 кгс/мм2, 2 — углеродистая, CB-50-f-70 кгс/лси2); б—чугун
(ов=29 кгс/мм2)
При проведении прочностных расчетов необходимо помнить, что
истинное напряжение, действующее в опасном сечении рассчиты-
ваемой детали, остается неизвестным. Его «е удается определить
точно по трем основным причинам. Во-первых, при расчете невоз-
можно точно учесть конструктивные особенности рассчитываемой
детали, поэтому реальная деталь по форме и конфигурации обычно
отличается от ее идеализированной схемы, принятой в качестве
расчетной. Во-вторых, невозможно точно вычислить действующие
нагрузки, поэтому реальные нагрузки и схема их распределения
обычно отличаются от расчетного значения и принятой идеализиро-
ванной схемы нагружения. В третьих, реальные условия закрепле-
ния рассчитываемой детали обычно отличаются от принятых для
расчета идеализированных схем закрепления (жесткое защемле-
ние, шарнирная опора, свободно опирающийся край и др.), так как
рассчитываемые детали не изолированы, а сопрягаются с другими
деталями машины, которые под воздействием нагрузок подверже-
ны деформациям.
Поскольку расчетное значение напряжения отличается от дейст-
вительного и действительный предел прочности или предел текучес-
63
Рис. 10. Теоретические коэффициенты концентрации а3 и коэффициент чув-
ствительности материала qa:
а, б—растяжение и изгиб для ступенчатой пластины; в, г —растяжение и изгиб для
пластины с боковыми вырезами; о — коэффициент чувствительности металла к кон*
центрации напряжений
64
ти обычно отличается от указываемого в справочниках и опреде-
ленного испытанием стандартных образцов, то невозможно точно
определить действительный запас прочности конструкции. Поэтому
результаты расчета на прочность следует рассматривать как ориен-
тировочные. Значения напряжений, полученные расчетом, а также
выбранные допускаемые напряжения следует округлять до двух
значащих цифр, так как определение этих величин с большей точ-
ностью лишено смысла.
При выборе расчетной схемы, определении расчетных нагрузок
и установлении условий закрепления детали нужно следить за тем,
чтобы принимаемые допущения не были направлены в сторону
уменьшения запаса прочности.
Прочностные расчеты, выполненные с соблюдением указанных
рекомендаций о характере принимаемых допущений, способствуют
созданию достаточно прочных и вполне надежных конструкций,
обеспечивающих успешное решение задачи повышения качества,
надежности и долговечности машин при одновременном снижении
их веса.
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Методику проведения прочностных расчетов с определением до-
пускаемых напряжений на основании разработанных таблиц и с
учетом коэффициента концентрации напряжений в опасном сечении
рассчитываемой детали, определяемого на основании прилагаемых
графиков, покажем на примере выполнения конкретного расчета.
Задача расчета — провести проверочный расчет на прочность
вертикального вала редуктора привода поворотного стола четырех-
нозиционного карусельного формовочного автомата.
Исходные данные:
диаметр гидроцилиндра механизма поворота карусели Du=
=90 мм;
давление масла в гидросистеме р=20 кгс/см2;
материал вертикального вала сталь 40Х;
термообработка — улучшение;
геометрические размеры по рис. 11, 12.
Расчетная схема. Схема привода поворотного стола карусельно-
го формовочного автомата представлена на рис. 11. К поворотному
столу / прикреплен зубчатый венец 2 с внутренним зубчатым за-
цеплением (zi=96, т=5 мм). Шестерня 5 (z2=25, т=5 мм) за-
креплена на верхнем конце вертикального вала 4, подлежащего
расчету на прочность. На нижнем конце вала 4 закреплена шестер-
ня 5 (гз=18, m=5 мм), находящаяся в зацеплении с рейкой 6, оба
конца которой связаны с двумя поршнями 7 гидроцилиндра 8 (на
рис. 11 второй поршень на левом конце рейки не показан).
Работа механизма поворота карусели автомата осуществляется
следующим образом. При пода,че масла из .напорной магистрали
гидронасоса в одну из полостей гидроцилиндра рейка 6 переме-
65
5~449
щается из одного крайнего положения в другое. Крутящий момент,
возникающий при этом на шестерне Хз, передается вертикальным
валом 4 шестерне Хз, а затем зубчатой парой Хз: Xi поворотному
столу 1. Таким образом, во время поворота карусели вертикальный
вал 4 находится под воздействием крутящего момента AfKp и изги-
бающих моментов Л1и» вызванных действием окружных и распор-
чных сил, возникающих в зубчатых зацеплениях, а также реакция-
ми опор.
Рис. 11. Схема привода поворотного стола четырехпоэиционного кару-
сельного автомата. Точками А, В. В', С и D обозначены места характер-
ных сечений вала
Конструктивная схема узла вертикального вала дана на рис. 12.
Определение расчетных нагрузок. Гидроцилиндр механизма
поворота карусели развивает наибольшее усилие во время разгона
поворотного стола машины. Это усилие
rD.2 -о о*
— = 20-—= 1270 кгс,
тдр г 4 . >
где р — давление; р=20 кгс!см2-,
Оц — диаметр гидроцилиндра; £>ц=90 мм.
66
и3060
UUOQ&
конструктивная схема вертикального вала
67
Усилие Ргидр является окружным для шестерни z3:
Рз, окр=Ргидр= 1270 кгс.
Распорное усилие, действующее со стороны рейки на шестер-
ню z3,
Р3.р = Рз, окр • tga = 1270 • tg 20° = 462 кгс,
где а — угол зацепления; а=20°.
Крутящий момент
ЧР = Рз. окрф = 1270 = 5700 кгс см,
где т, г3 — соответственно модуль и число зубьев шестерни 5;
т=5 мм, z3=18.
Окружное и распорное усилия, действующие со стороны зубча-
того венца Z| на шестерню z3,
Рз. окр= =915 кгс;
0,5*25
Рз,р~Рз, окр tg а = 915 • tg 20° = 332 кгс;
Определяем составляющие опорных реакций Вх, Ву и Dx, Dy в
плоскостях DXZ и Dyz (рис. 13), при этом моменты, действующие
по часовой стрелке, считаем положительными:
Мо,у=Рз,^А,О—Вх1в,О-}-Рз, OKptc.D = О .
Отсюда
о Рг.р ‘а,о+рз, окр Ic.D 332 42,5+1270.8,0
вх—--------------------=------------------ о2о кгс.
lB,D 29,5
Аналогично
Md,x=—Рз, ок^А,о+Ву1в,О—Рз,р1с,О=^ ;
О _ Рз. окр lA.o+P3,p lC,D _ 915.42,5+460.8,0
lB.D 29,5
Находим далее
SPx=P2>p—Вж+Р3> окр—=0;
Dx=Pa,р—Вх+Р3, окР=332—823+1270=779 кгс;
2/?у=^2. окр~Ву4-Р3,р+Р),=0;
Dy=—Рз. окр+Ву—Рз,р=—915+1443—462=66 кгс.
68
Выявление опасного сечения и расчет наибольших напряжений,
возникающих от действия внешних нагрузок. Для выявления опас-
ного сечения необходимо построить эпюры изгибающих и крутя-
щих моментов.
Определяем изгибающие моменты, действующие в характерных
сечениях вала (рис. 14):
= Мд'у = 0;
Мв,х = — Рз. ок^л.в = —915-13,0 = — 11900 кгс-см \
Мс.х=—Рз, <жр/л.с+Ву/в.с=-915-34,5+1443.21,5=—ЬЗОкгс-см;
Мо,х — Мр'Р = 0;
Мв,у=Рг,р/л,в=332-13,0=4320 кгс-см’,
Мс,р=Р2,Р/л.с—ЯАс=332-34,5—823-21,5=—6235 кгс-см .
Рис. 13. Расчетная схема вертикального вала
09
Эпюры изгибающих моментов показаны на рис. 14, а.
Суммарный изгибающий момент, действующий в сечениях В и С,
Мв =КЛ1вл+л^.г, = V11900»+4320« = 12650 кгссяг,
Me = = У 5302 + 62352 = 6260 ♦
Эпюра крутящего момента показана на рис. 14, б.
Приведенный момент в тех же сечениях (рис. 14, в):
Л1пр. в = = К 126502+5700« = 13820 кгс-см;
Мпр, с= V Мс+М1р = 1/62602+5700а = 8460 кгс см .
Очевидно, что опасным (при учете только воздействия внешних
нагрузок) является сечение вала В (см. рис. 12), в котором приве-
денный момент достигает наибольшей величины и к тому же диа-
метр которого меньше, чем диаметр сечения С.
Рис. 14. Эпюры моментов:
а — изгибающих; б — крутящих; в — приведенных
Номинальное напряжение в сечении В находим по приведенному
изгибающему моменту:
_ мпР,в 13820 = j 130 ,см2 ,
в ~~ W 12,3
70
где W — момент сопротивления изгибу;
W = — = = 12,3 сл3;
32 32
где D — диаметр сечения В; D = 50 мм.
Учет влияния концентрации напряжений. При рассмотрении
конструкции вала (см. рис. 12) видно, что у края внутреннего коль-
ца подшипника (в сечении В') имеется концентратор напряжений—
переход от диаметра Z) = 50 мм до d=46 мм. Данные табл. 11 ука-
зывают на то, что в рассматриваемом случае расчета концентрацию
напряжений в переходной галтеле сечения В' учитывать обяза-
тельно.
Максимальное напряжение находится по формуле (39):
13 max = ° »
где /?, — эффективный коэффициент концентрации напряжений;
Я. = 1+ !(/?;-!);
D 50
где | — поправочный коэффициент на отношение -j-= = 1,1; по
графику (см. рис. 8, д) £=0,64;
/?'—коэффициент, зависящий от отношения -у = JL =0,025
(где г =1 мм — радиус переходной галтели); по графику (см.
рис. 8, а) =2,25.
Подставляя полученные значения, получим
R, = 1 +0,64(2,25— 1) = 1,8 .
Определим номинальное напряжение о в сечении В', отстоящем
от сечения А на расстоянии 1а,в' =112 мм (см. рис. 12, 13).
Изгибающие моменты, действующие относительно осей DX, йУ,
и суммарный составят:
МВ’.х= — ^2,окр/л,в'=—915-11,2=—10250 кгс-см ;
Л1в^=Р2,р/л,в'=332-11,2=3720 кгссм\
Мв>= = V Ю250«+37202 = 10900 ксг-см.
Приведенный момент в сечении В'
Мпр. В'= К^в'+^кр = У Ю900а+57002 = 12300 кгс-см.
71
Номинальное напряжение в сечении В'
Яв, = = 1222? = 1300 кгс/см* ,
в w 9,6 1
где W' — момент сопротивления сечения В',
W' = — = =9,6 см3,
32 32
где d — диаметр сечения В', d = 46 мм.
С учетом концентрации напряжений в галтели получим
°тох= 1»8» 1300=2300 кгс.см*.
Определение допускаемого напряжения. Для стали 40Х улуч-
шенной табличное значение (см. табл. 3) допускаемого напряжения
при изгибе для нагрузок III категории
[°1табл=2000 кг С; см2.
По рис. 5 для вала диаметром 46 мм находим значение коэффи-
циента влияния абсолютных размеров для легированной стали:
Л = 0,7.
Допускаемое напряжение определяем по формуле (27)
[°] = 1°1табл£=2000-0,7= 1400 кгссм2 .
Проверка условия прочности и заключение по расчету. Номи-
нальные напряжения в сечениях В и В', определенные без учета
концентрации напряжений, ов=1130 кгс!см2 и ов' = 1300 кгс!смг,
хотя и меньше допускаемого напряжения [о] = 1400 кгс)см2, тем не
менее не позволяют высказать суждения о прочности рассчитывае-
мого вала.
Сравнивая с допускаемым напряжением [о]=1400 кгс]смг мак-
симальное напряжение в сечении В' отах = 2300 кгс/см2, вычислен-
ное с учетом концентрации напряжений в переходной галтели, ви-
дим, что прочность вала не обеспечена. Значение максимального
напряжения (отах =2300 кгс/см2) приближается к пределам вынос-
ливости стали 40Х—У при кручении и при изгибе (см. табл. 3),
которые с учетом масштабного фактора е=0,7 составляют:
'—Л=2300 • 0,7 = 1600 кгс'см2 ;
а_1£=4000-0,7=2800 кгс/см2.
При работе карусельного формовочного автомата в условиях
эксплуатации произошла поломка вертикального вала механизма
поворота стола. Излом вала (рис. 15) представляет собой типичную
картину усталостного разрушения, вызванного длительной работой
вала в условиях циклической перегрузки, что полностью объясняет-
ся приведенными выше результатами расчета.
72
Рис. 15. Излом вала
После того, как конструкция вала была переработана и кон-
центратор напряжения (переход с диаметра 50 мм на диаметр
46 мм) был убран из наиболее нагруженной зоны опасного сечения
вала (место перепада диаметров было перенесено ближе к сечению
А, где изгибающие моменты меньше), условие прочности (1)
0ma.r = 3B<[°]
для опасного сечения В вала оказалось выполнено:
1130< 1400 кгс см2 .
Дальнейшая безаварийная работа механизма поворота стола
карусельного автомата в тех же условиях эксплуатации подтверди-
ла, что прочность вала была обеспечена.
ВЫВОДЫ
Проведенный анализ методов определения напряжений, приме-
няемых при выполнении расчетов на прочность в машиностроении,
показал, что для проектировочных и проверочных прочностных рас-
четов нетиповых деталей машин единого метода однозначного оп-
ределения допускаемых напряжений не существует.
Как показала практика, конструктор при проведении прочност-
ных расчетов нетиповых деталей машин не располагает для выбора
допускаемых напряжений узаконенными нормами. Поэтому он вы-
нужден устанавливать значения допускаемых напряжений само-
стоятельно, причем стремление увеличить запас прочности конст-
рукции нередко приводит к неоправданному перерасходу металла.
В настоящей работе применен табличный способ определения
допускаемых напряжений. В разработанных таблицах даются ме-
ханические характеристики и допускаемые напряжения наиболее
употребляемых в машиностроении марок стали и чугуна.
73
В соответствии с предложенной методикой допускаемые напря-
жения определяются с учетом масштабного фактора, а концентра-
ция напряжений учитывается при определении максимального на-
пряжения, действующего в опасном сечении нагруженных деталей
машин и механизмов.
Изложенная в настоящей работе методика определения допус-
каемых напряжений проверена практикой проектирования и расче-
тов в проектно-конструкторских организациях и на заводах отрас-
ли литейного машиностроения (ВНИИЛитмаш, заводах «Красная
Пресня», «Сиблитмаш», павлоградский «Литмаш», «Амурлитмаш»
и др.) и может найти применение также в других отраслях маши-
ностроения.
Использование предложенной методики позволит сократить вре-
мя и упростить проведение расчетных работ, а также будет способ-
ствовать обеспечению в конструкциях необходимых запасов проч-
ности без излишних затрат металла.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сосуды и аппараты, нормы и методы расчета на прочность узлов и дета-
лей. Справочник Госгортехнадзора, РТМ 42—62. М., «Стандартгиз», 1965.
2. Сборник правил и руководящих материалов по котлонадзору. М., «Нед-
ра», 1971.
v 3. Р еш ето в Д. Н. Детали машин. М., Машгиз, 1963.
4. Добровольский В. А. и др. Детали машин. М., Машгиз, 1963.
5. Г у з е н к о в П. Г. Детали машин. М., нзд-во «Высшая школа», 1969.
6. Детали машин. Справочник под ред. Н. С. Ачеркана. Т. 1—3. М., «Маши-
ностроение», 1968—1969.
7. Справочник машиностроителя. Т. 4. М., Машгиз, 1963.
v 8. О д и н г И. А. Допускаемые напряжения в машиностроении и цикличе-
ская прочность металлов. М., Машпиз, 1947.
9. Г о р с к и й А. И., Л и о к у м о в и ч Л. Ф. Допускаемые напряжения наи-
более употребляемых марок сталей и чугунов. ЦБТИ ЭНИМС. М., 1958.
10. Г о рс к и й А. И., Л н ок у м о в и ч Л. Ф., И в а н о в-Э м и н Е. Б. До-
пускаемые напряжения при расчетах на прочность в машиностроении.—Сб. «Новые
методы расчетов и конструирования машин, повышение надежности и долговеч-
ности». Вып. 14. М., ГОСИНТИ, 1962.
11. Г о р с к и й А. И., Геллер Р. Л., Л и о к у м о вм ч Л. Ф. Расчеты
машин литейного производства. М., «Машиностроение», 1966.
12. 2Мамет О. П. Краткий справочник конструктора-станкостроителя. М.,
«Машиностроение», 1968.
13. Материалы в машиностроении. Справочник. Т. 4. М., «Машиностроение»,
1969.
14. В о д я н и ц к и й В. Г. и др. Элементы автоматизации и детали машин.
Справочник конструктора. Киев, «Наукова думка», 1966.
16. Марочник стали для машиностроения. М., НИИМАШ, 1968.
16. Марочник стали и сплавов. М., ЦНИИТМАШ, 1971.
17. ГОСТ 380—71. Сталь углеродистая обыкновенного качества.
•18. ГОСТ 1050—60. Сталь углеродистая качественная конструкционная.
19. ГОСТ 5058—65. Сталь низколегированная конструкционная.
20. ГОСТ 4543—71. Сталь легированная конструкционная.
21. ГОСТ 14959—69. Сталь рессорно-пружинная.
22. ГОСТ 977—65. Отливки из конструкционной стали.
23. ГОСТ 7832—65. Отливки из конструкционной легированной стали.
24. ГОСТ 1412—70. Отливки из серого чугуна.
25. ГОСТ 1215—59. Отливки из ковкого чугуна.
26. Стали для станкостроения. Руководящий материал ЭНИМС. М., НИИ-
МАШ, 1969.
< 27. Краткий справочник машиностроителя. М., «Машиностроение», 1966.
28. П а в л о в Я. М. Детали машин. Л., «Машиностроение», 1969.
75
J 29. Справочник машиностроителя, Т. 3. М., Машгиз, 1963.
^30. Сервисен С. В., Когаев В. П., Козлов Л. А., Шнейдеро-
вич Р. М. Несущая способность и расчеты деталей машин. М.— Л., Машгиз>
1954.
,3 1. Серенеен С. В., Когаев В. П., ШнейдеровичР. М. Несущая
способность и расчеты деталей машин на прочность. М., Машгиз, 1963.
32. С е р ем с е и С. В., Г р о м а н М. Б., К о г а е в В. П., Шнейдеро-
вич Р. М. Валы и оси. Конструирование и расчет. М., «Машиностроение», 1970.
33. Поляков В. С. и др. Детали машин. М. — Л., Машгяз, 1954.
34. Ту мик А. А. Влияние некоторых технологических факторов на меха-
нические свойства отливок по выплавляемым моделям. «Литейное производство»,.
1961, № 10.
35. Справочник машиностроителя. Т. 6. М., Машгиз, 1956.
36. Справочник машиностроителя. Т. 6. М., «Машиностроение», 1964.
37. Энциклопедический справочник машиностроения. Т. 4. М., Машгиз, 1947.
38. ГОСТ 7564—64. Сталь прокатная. Методы отбора проб (заготовок) для
механических н технологических испытаний.
39. ГОСТ 1497—61. Металлы. Методы испытания на растяжение.
40. ГОСТ 14019—68. Металлы. Методы технологических испытаний на изгиб.
41. ГОСТ 3565—58. Металлы. Метод испытания на кручение.
42. ГОСТ 2860—65. Металлы. Метод испытания на усталость.
43. ГОСТ 2055—43. Отливки из серого и ковкого чугуна. Методы механиче-
ских испытаний.
44. Горский И. И. Расчет узлов и механизмов формовочных и стержне-
вых машин. М., НИИМАШ, 1968.
45. Тимошенко С. П. Сопротивление материалов. Т. II. М., «Наука»,
1965.
46. П о н о м а р е в С. Д., Б и д е р м а н В. Л. и др. Расчеты на прочность
в машиностроении. Т. III. М., Машгиз, 1959.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Литература для определения значений коэффициента концентрации напряжений
Концентратор напряжений Характер нагружения Материал детали Литература
Номер по списку Стр. Рис. Табл.
Валы
Кольцевая выточка Изгиб Сталь 31 441 50 -
7 146 — 9
29 504 38
32 96 66 —
32 101 __ 22
6 227 — 16
Чугун 31 448 75 -
29 509 58
46 647 437 —
Кручение Сталь 7 146 9
46 647 439 —
32 97 20
32 101 — 22
6 227 — 16
Напрессованная деталь Изгиб 31 442 54
7 147 — 12
29 506 42 —
Сталь 32 96 65 __
32 98 — 21
6 229 — 23
Кручение 7 147 12
32 98 — 21
6 229 — 23
Поперечное отверстие Изгиб Сталь 31 442 52
29 505 40
46 649 — 76
32 96 67 __
32 100 22
6 227 — 17
Чугун 31 447 72
29 ' 509 55 __
46 648 441 —
77,
Продолжение
Концентратор напряжений Характер нагружения Материал детали Литература
Номер по списку Стр. Рис. Табл.
Поперечное отверстие Кручение Сталь 31 442 53 —
29 506 41
46 649 — 76
32 100 — 22
6 227 — 17
Чугун 31 447 74 —
29 509 57 —
Шпоночный паз Изгиб и Сталь 31 446 34—35
кручение 7 147 — 10
32 100 — 22
6 228 — 19
Шлицевое соединение Изгиб и Сталь 7 146 10
кручение 32 100 — 22
6 227 — 18
Метрическая резьба Изгиб и Сталь 32 100 22
кручение 6 228 — 20
Бурт с галтелями Изгиб и I кручение Сталь 6 225 — 6
Пластины
Отверстие Растяжение- Сталь 31 443 58
сжатие 45 251 — 18
29 506 46 —
Изгиб 31 443 58
29 506 46 —
Вал и пластина
Выточка и отверстие Изгиб я Легкие 29 511 — 23
растяжение сплавы
78
СОДЕРЖАНИЕ
Определение допускаемых напряжений..............................3
Прокат и поковки из конструкционных сталей...................6
Стальное литье ............................................ 24
Отливки из серого чугуна 25
Отливки из ковкого чугуна...................................35
Учет размеров деталей.......................................44
Методика применения допускаемых напряжений при расчетах на прочность 55
Пример расчета..............................................65
Выводы....................................................... 73
Литература.....................................................75
Приложение.....................................................77
© НИИМАШ, 1974
Научный редактор Е. П Долганова
Технические редакторы Г. Г. Щурихина, Н. Д. Пятакова
Корректор А. К. У хина
Т-07441 Сдано в набор 22/1—74 г. Подписано в печать 12/V—74 г.
Формат бумаги 60Х90‘/1б Печ. лист 5,0 Уч.-изд. л. 3,7
Тираж 2300 экз. Изд. Кв 113 Заказ Кв 449 Цена 44 коп.
НИИМАШ
Москва, Е-264, 9-я Парковая, 37, корп. 2
Типография НИИМАШ, ст. Щербинка