Большое количество соединений с гарантированным на­тягом работают в условиях переменного кручения или при комбинации его с изгибом вала. Например, соедине-

Ние оси и колеса у некоторых тепловозов с гидропереда­Чей, антивибраторов с коленчатыми валами дизелей и др.

Прочность таких соединений изучали на образцах (рис. 3.19). Соединения состояли из вала 1 и цапфы 3, в которую перед запрессовкой вала вставляли плунжер 2 с уплотнениями 4. Через осевое отверстие в цапфе под плунжер нагнетали масло. Вал и цапфу изготовляли из стали 40 с ов = 590...610 МПа. Сопрягаемые поверхности окончательно обрабатывали шлифованием с обеспечени­ем параметра шероховатости Ra=0,63...1,25 мкм. Рас­четные контактные давления в соединениях были в пре­делах 40—70 МПа. Соединения формировали тепловым методом с нагревом цапф в электропечи до температуры 200—250° С, при этом предусматривали, чтобы внутрен­ний конец вала выходил из зоны сопряжения на 10 мм.

Для испытания иа чистое кручение применяли машину ВНИТИ ОМ7, а для комбинированного нагружения кручением и перемен­ным изгибом — установку ЦНИИТМАШ УК-40. Напряжения круче­ния изменяли от 0 до 180 МПа прн частоте колебаний до 1100 об/мин. Напряжения кручения измеряли с помощью датчиков, наклеенных под углом 45° к оси соединения, а напряжения изгиба — датчиками, размещаемыми вдоль продольной оси вала. При каж­дой устанавливаемой величине напряжений вал выпрессовывали нагнетанием масла под плунжер для получения данных по исход­ной статической прочности.

На рис. 3.20 показаны зависимости прочности на сдвиг при переменном кручении двух соединений. Проч­ность на сдвиг при чистом переменном кручении имеет два резко отличных значения:

А) прочность при таких значениях та, при которых нет полного окружного смещения (соединение находится в состоянии относительного покоя);

Б) прочность при полном окружном смещении вала относительно цапфы при нагрузках, превысивших несу­щую способность соединения. Переход от состояния от­
носительного покоя к полному окружному смещений происходит скачкообразно с образованием порога проч­ности на сдвиг, что вызывается мгновенным уменьшени­ем в этот момент коэффициента трения по всей поверх­ности сопряжения. При этом происходит многократное (в 4—6 раз) снижение прочности.

Прочность соединений в состоянии их относительного покоя от величины напряжения кручения изменялась не­значительно. Полученная линейная зависимость рд= =/(т0) имела лишь небольшой угол наклона к оси аб­сцисс.

На аналогичных образцах совместно с ЦНИИТМАШ провели опыты по изучению прочности на сдвиг при одновременном действии переменного кручения и пере­менного изгиба. Машина ЦНИИТМАШ УК-40 вследст - вие того, что имела односторонний вибратор, наряду с возбуждением крутильных колебаний обеспечивала зна­копеременный изгиб в горизонтальной плоскости. Отно­шение численных значений напряжений изгиба и круче­ния при стабильной работе машины было постоянным: оа/та = 0,1. В процессе комбинированного нагружения проводились неоднократные осевые смещения при раз­личных абсолютных значениях напряжений вала, по результатам которых определяли зависимость прочности соединений на сдвиг.

Испытания показали, что с увеличением напряжений прочность на сдвиг снижается линейно вплоть до момен­та полного кругового смещения вала во втулке, вызван­ного скручивающим моментом такой величины, которая превышает несущую способность посадки в окружном направлении. Во время кругового смещения происходит резкое снижение прочности на сдвиг с образованием порога (рис. 3.21).

Снижение прочности при действии о„ и та прежде всего вызывается напряжениями изгиба. Проверка проч­ности соединений на сдвиг по формуле (3.3) с учетом только оа показала, что угловой коэффициент р на первом участ­ке ломаной прямой находился в пределах 0,08—0,09, т. е. был

Рис. 3.21. Прочность иа сдвиг двух сое­динений при одновременном переменном кручении и изгибе (опытные данные)

Рис. 3.22. Прочность соедине­ний на сдвиг при произвольных значениях о„ и т„

Примерно таким же, как при воздействии на вал лишь одного переменного изгиба. У некоторых со­единений после их проворачивания от переменного кручения проис­ходила самораспрессовка, т. е. осевое смещение вала в цапфе без нагнетания масла под плунжер. Это также косвенно свидетельствует о преимущественном влиянии изгиба, так как переменное кручение не может вызвать смещения вала в осевом направлении.

На основании полученных экспериментальных дан­ных по прочности соединений можно рекомендовать рас­четную оценку прочности на сдвиг при произвольном сочетании напряжений кручения и изгиба.

Опыты, изложенные в § 3 гл. 3, свидетельствовали о снижении несущей способности соединений на скручива­ние с увеличением напряжений изгиба. Опыты, изложен­ные в настоящей главе, свидетельствуют, что даже при высоких (до 180 МПа) напряжениях чистого кручения прочность на сдвиг изменяется незначительно. Это поз­воляет с достаточной для практики точностью отож­дествлять влияние статического и динамического круче­ния как в окружном, так и в осевом направлениях. На этом основании зависимость прочности на сдвиг для одного и того же соединения при различном сочетании о0 и та представлена в виде ломаных прямых (рис. 3.22).

Абсциссу точки А рекомендуется вычислять по ста­тической прочности на скручивание и соответствующей

16МКР 16iuPp0f„l 8P0fDL

Ей величине кручения т =--------------- SE - =---------- — mn.

Я d3 2nd3 d

Величина т0 соответствует точке перелома на графике

Прочности для чистого переменного кручения.

Абсциссы точек Alt А2, ..., At находят из зависимостей

= 8 (Р/)^ l/d, (pf)„ = Pofa - ?>dajl,

Где G0=Nt(A). При больших значениях аа ломаная мо­жет не иметь второй точки перелома В и соединение бу­дет самораспрессовываться, что и было зафиксировано при испытаниях некоторых образцов.