Факторы, влияющие на сопротивление усталости

1. Концентрация напряжений. В местах, где имеются резкие из­менения размеров, отверстия, резьба, острые углы, возникают боль­шие местные напряжения (концентрация напряжений). В этих ме­стах возникают усталостные трещины, трещины разрастаются, и это приводит к разрушению детали.

Местные напряжения значительно выше номинальных напря­жений, возникающих в гладких деталях.

Влияние концентрации напряжений учитывается коэффициен­том К_а.

К_σ — эффективный коэффициент концентрации напряжений, зависит от формы поверхности.

2. Размеры детали. В деталях больших размеров возмож­ны внутренняя неоднородность, инородные включения, незаметные микротрещины. Влияние размеров учитывается масштабным фак­тором K_d.

K_d — масштабный коэффициент, коэффициент влияния абсо­лютных размеров.

3. Характер обработки поверхности. Поверхность может быть шероховатой, покрытой следами от резца, т. е. ослабленной, а может быть усиленной специальными методами упрочнения: азотировани­ем, поверхностной закалкой, цементацией. При отсутствии специаль­ного упрочнения поверхностный коэффициент меняется от 0,6 до 1.

При специальной обработке он может быть больше единицы: по­верхность оказывается прочнее сердцевины.

К_F — коэффициент влияния шероховатости;

К_у — коэффициент влияния упрочнения, К_у = 1,1 – 2,8.

Одновременный учет действия всех факторов, понижающих предел выносливости, можно провести с помощью коэффициента

Предел выносливости в расчетном сечении будет равен

Основы расчета на прочность при переменных напряжениях

Расчеты по нормальным и касательным напряжениям проводят­ся аналогично.

Расчетные коэффициенты выбираются по специальным табли­цам.

При расчетах определяют запасы прочности по нормальным и касательным напряжениям.

Запас прочности по нормальным напряжениям:

Запас прочности по касательным напряжениям:

где σ_а — амплитуда цикла нормальных напряжений; τ_а — амплитуда цикла касательных напряжений.

Полученные запасы прочности сравнивают с допускаемыми. Представленный расчет является проверочным и проводится при конструировании детали.

Контрольные вопросы и задания

1. Изобразите графики симметричного и отнулевого циклов из­менения напряжений при повторно-переменных напряжениях.

2. Перечислите характеристики циклов, покажите на графиках среднее напряжение и амплитуду цикла. Что характеризует коэф­фициент асимметрии цикла?

3. Опишите характер усталостных разрушений.

4. Почему прочность при повторно-переменных напряжениях ниже, чем при постоянных (статических)?

5. Что называют пределом выносливости? Как строится кривая усталости?

6. Перечислите факторы, влияющие на сопротивление устало­сти.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение № 1

Сталь горячекатаная. ШВЕЛЛЕРЫ (по ГОСТ 8240-89) Обозначения:

h — высота швеллера; b — ширина швеллера; d — толщина стенки;

t — средняя толщина полки; А — площадь швеллера; J — момент инерции; W — момент сопротивления; i — радиус инерции; S — статический момент полусечения; z₀ — расстояние от оси у до наружной грани стенки.

Таблица 1

Сталь горячекатаная. БАЛКИ ДВУТАВРОВЫЕ (по ГОСТ 8239-89)

Обозначения: h — высота балки; b — ширина балки; d — толщина стенки; t — средняя толщина полки; А — площадь сечения; J — момент инерции; W — момент сопро­тивления; i — радиус инерции; S — статический момент полусечения.