Местные напряжения в деталях машин

Экспериментально установлено, что на значение предела вы­носливости влияют размеры, форма и состояние поверхности деталей.

Влияние размеров.Чем больше абсолютные размеры попе­речного сечения детали, тем меньше предел выносливости, так как возрастает вероятность существования внутренних дефектов (раковин, шлаковых включений и др.). Это учитывается коэффициентом влияния абсолютных размеров.

Таблица 3.1. Значения коэффициента Kd (выборка)

Влияние формы.В местах резкого изменения формы попе­речного сечения деталей (у отверстий, канавок, выточек, в резьбе, в переходных сечениях и др.) на­пряжения больше номинальных а или т, определяемых по формулам сопротивления материалов (рис. 3.5).

Явление местного увеличения напряжений называется 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.

Рис. 3.5. Эпюры напряжений

Влияние формы детали на пре­дел выносливости учитывается эффективнымкоэффициен­том концентрации напря­жений Ко (Кг), равным отношению пределов выносливости при одинаковых видах нагружения двух образцов одинаковых размеров - - гладкого – о – 1 (Т - 1) и с концентратором напряжений – о – _1к (Т – 1_к)

Для наиболее характерных концентраторов напряжений зна­чения Ко и Кт даны в табл. 3.2.

Влияние шероховатости поверхности.С увеличением шерохо­ватости поверхности детали предел выносливости понижается. При переменных напряжениях первичные усталостные микротре­щины возникают обычно в поверхностном слое. Этому спо­собствуют дефекты механической обработки (следы резца).

Таблица 3.2. Значения коэффициентов К и Кт-(выборка)

Примечание. Если в расчетном сечении вала несколько концентраторов напряжений, то в расчет принимается тот, для которого больше шлифовального круга), являющиеся концентраторами напря­жений.

Влияние качества поверхности на предел выносливости учи­тывается коэффициентом влияния шероховато­сти поверхности Кг (табл. 0.3).

Таблица 3.3. Значения коэффициента. Кр (Выборка)

Влияние упрочнения поверхности.Для повышения несущей способности деталей широко используют разные способы поверх­ностного упрочнения: цементацию, нитроцементацию, азотиро­вание, поверхностную закалку токами высокой частоты (т. в. ч.), деформационное упрочнение (наклеп) накаткой роликами или дробеструйной обработкой. Упрочнение поверхности деталей зна­чительно повышает предел выносливости, что и учитывается коэффициентом влияния поверхностного уп­рочнения Kv (табл. 3.4).

В местах посадкидеталей с натягом (под­шипников качения, зубчатых колес и др.) влияние, абсолютных размеров поперечного сечения вала на предел выносливости

оказывается более резким. В этом случае для оценки концентрации напряжений используют отношения Kv/Kd и Kr/Kd (табл. 0.5).

Таблица 3.4. Значения коэффициента /C_v (выборка)

Таблица 0.5. Значения Ко/ Kd и K^/Kd для валов в местах посадки деталей с натягом (выборка)

30 3,0 50 3,65 >100 3,95

Примечание. Наибольшая концентрация напряжений возникает у края напрессованной детали.

Коэффициенты концентрации напряжений для данного сече­ния деталиопределяют с использованием приведенных выше данных:

Пределы выносливости деталив рассматриваемом сечении будут: