Местные напряжения в деталях машин

Опытным путем установлено, что на значение предела выносливо­сти влияют размеры, форма и состояние поверхности детали.

Влияние размеров.Чем больше абсолютные размеры поперечного сече­ния детали, тем меньше предел выносливости, так как в большей сте­пени проявляется неоднородность механических свойств и существова­ние внутренних структурных дефектов металла (раковин, шлаковых включений на границах зерен и др.). Это учитывают коэффициентом влияния абсолютных размеров поперечного сеченияK_d (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Значения коэффициента K_d (выборка)

Влияние формы. Вместах резкого изме­нения формы поперечного сечения или на­рушения сплошности материала (в переход­ных сечениях, в резьбе, у канавок, выто­чек, отверстий и др.) напряжения больше номинальных оили т, определяемых по формулам сопротивления материалов (рис. 2.4).

Явление увеличения напряжений в мес­тах изменения формы или нарушения цело­стности материала называют концентрацией напряжений.

Местные напряжения быстро убывают по мере удаления от концентратора, их вызвавшего (отверстия, канавки, паза и др.). Многократные изменения напряже­ний в зоне концентратора напряжений приводят к более раннему образованию трещины с последующим усталостным раз­рушением.

Влияние формы детали на предел вы­носливости учитывают эффективным коэф­фициентом концентрации напряженийК₀(Кд, равным отношению пре­делов выносливости при одинаковых видах нагружения двух образцов одинаковых размеров и с концентратором напря­жений

Для наиболее характерных концентраторов напряжений значения К₀ и Kt приведены в табл. 2.2.

Концентратором напряжений является и давление в месте уста­новки деталей с натягом (зубчатых колес, подшипников качения). В этом случае влияние абсолютных размеров поперечного сечения вала на предел выносливости оказывается более резким. Для оценки концентрации напряжений используют отношения Kσ/K_d и Kτ/K_d (табл. 2.3).

Таблица 2.3. ЗначенияKσ/K_d и Kτ/K_d для валов вместах посадки деталей с натягом (выборка)

Примечание. Наибольшая концентрация напряжений возникает у края напрессованной детали.

Влияние качества обработки поверхности.С увеличением шероховато­сти поверхности детали предел выносливости понижается. При пере­менных напряжениях первичные усталостные микротрещины возника­ют обычно в поверхностном слое. Этому способствует наличие следов инструмента (резца, шлифовального круга) после механической обра­ботки, являющихся концентраторами напряжений.

Влияние состояния поверхности на предел выносливости учитыва­ют коэффициентами влияния шероховатости поверхности K_Fσ и K_Fτ (табл. 2.4). Значительно снижает предел выносливости развитие кор­розии в процессе работы.

Таблица 2.4. Значения коэффициентов K_Fσ и K_F, (выборка)

Влияние упрочнения поверхности.Для повышения несущей способ­ности деталей используют разные способы поверхностного упрочне­ния: цементацию, поверхностную закалку токами высокой частоты (ТВЧ), деформационное упрочнение (наклеп) накаткой роликами или дробеструйной обработкой. Упрочнение поверхности детали значительно повышает предел выносливости, что и учитывают коэффициентом вли­яния поверхностного упрочненияK_v (табл. 2.5).

При отсутствии упрочнения поверхности детали K_v=1

Таблица 2.5. Значения коэффициента K_v, (выборка)

Коэффициенты снижения предела выносливостиопределяют с ис­пользованием приведенных выше данных:

где ст., и т., — пределы выносливости гладких стандартных образцов [см. табл. 12.1 или формулы (2.2)].